Material de apoyo Sistemas Tecnológicos - Tecnologia

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Material de apoyo
Sistemas Tecnológicos
(Versión Borrador)
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Índice:
Enfoque Sistémico………....Pág. 3
Sistemas Estáticos…………Pág. 15
Sistemas Mecánicos……….Pág. 21
Sistemas Eléctricos………..Pág. 56
Sistemas Neumáticos……...Pág. 115
Sistemas Informáticos……..Pag.192
Sistemas Técnicos………….Pág. 209
Sistemas de Control………...Pág. 214
•
•
•
Sistemas de Control con Lógica Digital…….Pág. 244
Aplicaciones de los Sistemas de Control….Pág. 265
Instalaciones Domóticas con Autómatas programables…Pág. 287
Recomendaciones básicas de seguridad e higiene en el aula taller….Pág. 359
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Profesor: Castiñeira Néstor Horacio
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Enfoque
Sistémico
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El enfoque sistémico
El enfoque sistémico considera a todo objeto como un sistema o como componente
de un sistema, entendiendo por sistema un conjunto de partes entre las que se
establece alguna forma de relación que las articule en la unidad que es precisamente
el sistema.
Sistema
El concepto de sistema es muy amplio y abarca tanto sistemas estáticos como
sistemas dinámicos.
Un recipiente con agua, en el que no entra ni sale líquido (y como consecuencia el
nivel permanece constante) es, en principio, un sistema estático, otros sistemas
estáticos podrían ser la estructura de un edificio, una piedra, etc.
Un depósito en el que entra y sale agua es un sistema dinámico, otros sistemas
dinámicos son, por ejemplo, el sistema circulatorio sanguíneo, una célula viva, el motor
de un automóvil funcionando, etc.
En el enfoque sistémico se centra el análisis en los sistemas dinámicos, y desde esta
óptica se plantea que:
Un sistema es una agrupación de elementos en
interacción dinámica organizados en función de
un objetivo.
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Los elementos de un sistema forman un todo y pueden ser conceptos, objetos o
sujetos; estos elementos pueden ser vivientes, no vivientes o ambos simultáneamente,
así como también ideas, sean éstas del campo del conocimiento ordinario, científico,
técnico o humanístico, las que no pueden concebirse como sueltas o independientes
del contexto o sistema en el que están insertas.
La interacción entre los elementos y la organización de los mismos es lo que
posibilita el funcionamiento del sistema.
Los sistemas tienen una finalidad (sirven para algo), en otras palabras cumplen una
función, tanto los naturales como los diseñados por el hombre.
Todo sistema forma o puede formar parte de un sistema más grande que podemos
llamar supersistema, metasistema, etc. (es decir es, o puede ser, un subsistema) o
estar compuesto de subsistemas, éstos no son otra cosa que sistemas más pequeños,
los que a su vez pueden estar compuestos de otros más pequeños aún, y así
podríamos seguir hasta llegar a los componentes más elementales de todo lo que
existe en el universo. El concepto de sistema es válido desde una célula hasta el
universo considerado como un sistema de sistemas.
Los sistemas pueden estar asociados o ser sustento de procesos, entendiendo por
proceso un conjunto de acciones que tienden hacia un fin determinado. Estos
procesos implican producción, transformación y/o transporte de materia, energía y/o
información y tienen por resultado un producto (material o inmaterial).
Los diagramas de bloques
Los sistemas se suelen representar simbólicamente por medio de diagrama de
bloques. En un diagrama de bloques se presenta de manera esquemática, “las
unidades” o “las fases del proceso” (Producción, transformación, transporte y/o
almacenamiento), del cual el sistema es un sustento, por medio de bloques
rectangulares o símbolos similares.
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En estos diagramas se indican mediante flechas las interrelaciones que hay entre los
bloques.
Las flechas representan los flujos, que pueden ser de materia, de energía o de
información. Para una mejor comprensión de los diagramas de bloques se suelen
señalar de forma diferente las flechas correspondientes a los flujos de materia, de
energía y de información.
Los flujos de materia se representan gráficamente con flechas negras.
Los flujos de energía se representan con líneas dobles.
Los flujos de información se representan con flechas de líneas entrecortadas.
Los flujos de materia y energía (asociados) se representan con flechas negras
gruesas. Por ejemplo, el caso de combustibles sólidos o líquidos (Materia más energía
química).
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Las ventajas de representar un sistema mediante un diagrama de bloques son entre
otras: La facilidad de representar el sistema total simplemente colocando los bloques
de los elementos componentes acorde al camino de los flujos, y la posibilidad de
evaluar la contribución de cada unidad al funcionamiento global del sistema.
En general se puede ver más fácilmente el funcionamiento de un sistema analizando
el diagrama de bloques que analizando el sistema en sí.
Un diagrama de bloques tiene la ventaja de mostrar en forma fácil (por medio de
flechas que indican las entradas y las salidas de cada unidad) los flujos a través del
sistema real, y permite poner en evidencia los aspectos que interesan, con
independencia de la forma en que se materialicen.
Los flujos (de materia, energía e información) que llegan a cada bloque (las entradas)
se indican con flechas entrantes, mientras que los flujos que salen (las salidas) se indican con flechas salientes del bloque.
Sistemas abiertos y sistemas cerrados
Desde el punto de vista de su vinculación con el entorno podemos clasificar a los
sistemas en abiertos y cerrados.
Los sistemas abiertos son los que están en relación con su entorno (con su medio),
con el que mantienen un permanente intercambio, este intercambio puede ser tanto de
energía, de materia, de información, etc., como de residuos, de contaminación, de
desorden, etc. En sistemas abiertos podemos hablar de entradas y de salidas.
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Un sistema cerrado es aquél que está totalmente aislado del mundo exterior, con en
consecuencia, no tiene ningún tipo de intercambio.
Un sistema cerrado es sistema que no tiene medio externo. Ahora bien, un sistema
cerrado es una abstracción que no tiene vigencia en la vida real, pero que debido a la
simplificación que significa manejarse con datos que están limitados dentro del
sistema ha permitido establecer leyes generales de la ciencia.
Características de los sistemas
Ejemplo de enfoque sistémico:
Si ahora, en el diagrama anterior consideramos como sistema un motor de combustión
(Interna o externa), tendremos:
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Si ampliamos el límite superior del sistema, y consideramos el motor como formando
parte de un medio de transporte tenemos:
Hasta ahora hemos analizado solo los flujos de energía. Si ahora tenemos en cuenta
(en un medio de transporte, también flujos de materia y de información, tendremos:
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Otro ejemplo de flujo de energía e información en un medio de transporte es el
siguiente:
El enfoque sistémico es una herramienta para la comprensión global de acciones,
procesos y artefactos, y no debe reducirse a la aplicación rutinaria de esquemas de
representación, sino que debe explorarse en su potencialidad, analizando las
interacciones que se producen en un sistema.
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Análisis técnico
En el estudio de sistemas técnicos, es interesante analizar y sistematizar, mediante
una organización lógica de la información, los datos que se pueden tener u obtener.
Son útiles para esto los grafos de árbol (o los diagramas de Venn) que permite una
rápida visualización global del tema, y como complemento tablas, que podemos
considerar como una primera síntesis del análisis.
Grafo de árbol
Sistema
Subsistema
o Parte
Función
Principio de
Material y/o
funcionamiento
Características
Material
Tamaño
Costo
Peso
Precisión
Duración
Seguridad
Confiabilidad
Facilidad de
montaje
Facilidad de
mantenimiento
Contaminación
Ruido; etc.
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Tipos de sistemas
Los sistemas, conjunto de elementos en interacción organizados en función de un
objetivo, pueden ser naturales (una célula, el cuerpo humano, etc.) o hechos por el
hombre. Los hechos por el hombre, con fines utilitarios, podemos denominarlos
"Sistemas técnicos". Este nombre abarca un espectro muy amplio de sistemas; en
nuestro análisis nos centraremos en algunos, nominándolos en función de la técnica o
de la energía vinculada a los mismos. Tenemos así:
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•
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•
•
•
•
•
Sistemas Estáticos
Sistemas Mecánicos
Sistemas Eléctricos
Sistemas Neumáticos
Sistemas Hidráulicos
Sistemas de Gestión
Sistemas informáticos
Sistemas Lógicos
Etc.
La clasificación de “Sistemas Técnicos” responde, entre otras, a las siguientes
razones:
1.Estos sistemas están asociados a campos de conocimientos que, en cada caso, son
propios de la técnica involucrada, por lo que, tanto para su diseño como para su
montaje, se requieren conocimientos y capacidades específicas.
2.Cada uno de estos sistemas, como totalidad, tiene propiedades características que
dependen de la naturaleza de la fuente de energía que lo motoriza.
El funcionamiento de los sistemas depende de sus componentes y de la interacción
entre los mismos, así como de causas que producen cambios en las magnitudes en
juego.
Entre las causas podemos reconocer:
La Fuerza en los Sistemas Mecánicos
La Tensión en los Sistemas Electicos
La Presión en los Sistemas Hidráulicos y Neumáticos
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Podemos decir que hay una analogía entre estas tres magnitudes; por ejemplo, la
tensión, que produce una circulación (flujo) de corriente en un circuito eléctrico, es
análoga a la presión que provoca un flujo de líquido o de gas en una tubería, o a la
fuerza que produce un desplazamiento. Esta analogía permite, que los sistemas en
que están involucradas estas magnitudes puedan representarse mediante un mismo
modelo, en otras palabras son sistemas análogos, aunque sean diferentes
físicamente.
Como hemos planteado en estos cuatro sistemas hay flujos (o desplazamiento),
aunque de características distintas en cada caso.
• En los sistemas mecánicos hay desplazamiento de elementos sólidos.
• En los sistemas eléctricos, circulación de corriente.
• En los sistemas hidráulicos y neumáticos flujo de fluido (líquido en los
primeros y gas en los segundos).
Sistemas Mecánicos
Los Sistemas mecánicos, son sistemas de transmisión de fuerzas y/o movimiento.
Con referencia al movimiento de los cuerpos es interesante plantear algunos aspectos
vinculados al tema. Un cuerpo se mueve, con movimiento acelerado, cuando actúa
sobre él una fuerza que lo impulsa; al desaparecer la fuerza, el cuerpo tiende, por
inercia, a continuar su movimiento, y teóricamente no se debería detener si no actúa
sobre él una fuerza, en sentido contrario, que equilibre su fuerza de inercia. Un
ejemplo cotidiano de la materialización de este fenómeno es el efecto a que está
sometido nuestro cuerpo cuando el vehículo en el que nos desplazamos sufre una
brusca disminución de velocidad, o su detención. En el caso del automóvil esto explica
la importancia del uso del cinturón de seguridad, y la existencia de los air-bags; ambos
disminuyen los riesgos de lesión.
Pero la experiencia muestra que todo cuerpo en movimiento, sobre el que no actúa
fuerza alguna, excepto la fuerza de inercia, termina deteniéndose, la razón de esta detención es el rozamiento o fricción entre el cuerpo, y la superficie sobre la que se desplaza, o el medio que lo rodea. Es decir que la fricción genera una fuerza que actúa en
sentido contrario al movimiento.
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Análisis técnico de un sistema mecánico
Tomaremos como ejemplo una máquina muy corriente y conocida: la bicicleta.
En el sistema bicicleta podemos identificar diversos sistemas, por ejemplo: el sistema
de transmisión de la energía (del pedal al piñón), el sistema de control (sistema de
dirección y sistema de frenado), el sistema estructural, el sistema de protección
(guardabarros), el sistema eléctrico, etc.
A continuación planteamos un grafo de árbol parcial del sistema bicicleta. Se han
seleccionado el sistema de transmisión de la energía y el sistema de control, porque
abarcan aspectos sustantivos de la bicicleta como vehículo de transporte.
A continuación desarrollamos una tabla del sistema de transmisión de la energía.
Parte
Función
Material y/o Características
Plato manivela Pedal Transforman energía muscular De acero
en energía cinética
Cadena
Cromado; rígido; etc.
Transmite la energía cinética De acero
del plato al piñón
Piñón
Flexible; resistente; etc.
Solidario a la rueda trasera, De acero; resistente; etc.
transmite a ésta su movimiento
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Sistemas
Estáticos
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Principios y elementos de los sistemas mecánicos estáticos
Esfuerzo
Cuando un cuerpo se encuentra bajo la acción de fuerzas externas, aunque no se
mueva (a simple vista), es evidente que no se encuentra en las mismas condiciones
que cuando no está sometido a dichas fuerzas. Las fuerzas externas provocan en el
interior del cuerpo reacciones (a las que llamamos esfuerzos). En estos casos se dice
que el cuerpo está sometido a esfuerzos.
Esfuerzo de tracción
Esfuerzo al que está sometido un cuerpo cuando las fuerzas externas tienden a
estirarlo o alargar las fibras.
Esfuerzo de compresión
acortarlo o a comprimir las fibras.
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Esfuerzo de flexión
Esfuerzo al que está sometido un cuerpo cuando fuerzas externas tienden a curvarlo.
Como consecuencia hay tracciones y compresiones de las fibras, en la zona externa e
interna de la curvatura.
Esfuerzo de torsión
Esfuerzo al que está sometido un cuerpo cuando las fuerzas externas tienden a girar
una sección de la pieza respecto a la otra, en otras palabras cuando dos secciones de
la pieza giran en sentido contrario.
Esfuerzo de corte
deslizar una parte con respecto a otra según un plano que corta el cuerpo.
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Estructuras
Llamamos estructura a un conjunto de elementos capaces de aguantar pesos y cargas
sin romperse y sin apenas deformarse.
A la hora de diseñar una estructura esta debe de cumplir tres propiedades
principales: ser resistente, rígida y estable.
Resistente para que soporte sin romperse el efecto de las fuerzas a las que se
encuentra sometida.
Rígida para que lo haga sin deformarse.
Estable para que se mantenga en equilibrio sin volcarse ni caerse.
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Pilares
Elementos resistentes dispuestos en posición vertical, que soportan el peso de los
elementos que se apoyan sobre ellos. Cuando presentan forma cilíndrica se les
denomina columnas.
Vigas
Elementos colocados normalmente en posición horizontal que soportan la carga de la
estructura y la transmiten hacia los pilares. Están constituidas por uno o más perfiles
Perfiles
Los perfiles son las formas comerciales en que se suele suministrar el acero u otros
materiales. El tipo de perfil viene dado por la forma de su sección.
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Tensor
Elemento que sirve para tensar o mantener tenso (Ejemplo: Cable (de hilos acero),
cuerda, etc.). Resiste únicamente esfuerzos de tracción, suele ser de acero (Ejemplo:
Cables de acero de un puente colgante).
Estructuras reticulares
Una de las características de las estructuras es que normalmente están construidas de
varios elementos unidos entre sí.
Para que una estructura sea efectiva debe ser rígida, es decir no deformarse cuando
está sometida a cargas. Algunas formas geométricas se adaptan particularmente para
realizar estructuras resistentes una de ellas es el triangulo.
Si unimos entre sí tres varillas (de madera, hierro, etc.), veremos que se obtiene una
estructura relativamente rígida, que tiene gran resistencia a la deformación.
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A menudo nos encontramos estructuras que se hayan formadas por un conjunto de
perfiles agrupados geométricamente formando una red de triángulos.
Las vemos en construcciones industriales, grúas, gradas metálicas, postes eléctricos,
etc.
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Sistemas
Mecánicos
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Maquinas
Maquina es todo artefacto químico capaz de transformar energía en trabajo.
En las maquinas se pueden distinguir tres características que definen su
comportamiento, alguna de las cuales o todas están presentes en cualquier maquina.
Estas características son:
•
Generadoras de movimiento.
•
Capases de transformar y aprovechar fuentes de energía de manera que sean
utilizables para efectuar trabajo.
•
Cierto grado de autonomía que permite realizar operaciones por si misma.
Maquinas simples
En el campo de la mecánica se denominan maquinas simples a la de una sola pieza
Las maquinas simples básicas son dos, la palanca y el plano inclinado y de estas
derivan otras, de la palanca deriva la rueda (y de esta la polea y el torno), del plano
inclinado derivan la cuña y el tornillo.
Las maquinas simples permiten disminuir el esfuerzo para realizar un trabajo, pero
toda disminución de la fuerza necesaria para realizar un trabajo va acompañado por
un aumento reciproco de la distancia que recorre el punto de aplicación de la fuerza.
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Palanca
Desde el punto de vista técnico, la palanca es una barra rígida que oscila sobre un
punto de apoyo (fulcro) debido a la acción de dos fuerzas contrapuestas (potencia y
resistencia).En los proyectos de tecnología la palanca puede emplearse para dos
finalidades: vencer fuerzas u obtener desplazamientos.
•
•
•
•
Potencia (P), fuerza que
tenemos que aplicar.
Resistencia (R), fuerza que
tengamos que vencer; es la que
hace la palanca como
consecuencia de haber aplicado
nosotros la potencia.
Brazo de potencia (BP),
distancia entre el punto en el
que aplicamos la potencia y el
punto de apoyo (fulcro).
Brazo de resistencia (BR),
distancia entre el punto en el
que aplicamos la resistencia y
el punto de apoyo o (fulcro).
Las palancas de primer grado
Las palancas de primer grado (genero) tienen el punto de apoyo (fulcro) entre la fuerza
aplicada F y la resistencia R. La ventaja de las palancas de primer grado es mayor
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mientras más próximo éste el punto de apoyo del punto donde actúa la resistencia.
Son ejemplos de palanca de primer grado las tijeras y las tenazas.
Las palancas de segundo grado
En las palancas de segundo grado (Genero) el punto donde actúa la resistencia se
encuentra entre el punto de aplicación de la fuerza (F) y el punto de apoyo. Son
ejemplos de las palancas de segundo grado, el rompenueces, la carretilla, etc.
Palanca de tercer grado
En las palancas de tercer grado (Genero) la fuerza (F) se aplica entre el apoyo y el
punto donde actúa la fuerza resistente. Son ejemplos de palanca de tercer género las
pinzas de depilar, las pinzas para mover brasas en las parrillas etc.
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Plano inclinado
Es una maquina simple que se utiliza para reducir el esfuerzo necesario para levantar
un cuerpo. Ejemplo la rampa.
Cuña
Se llama cuña a un cuerpo solido, de forma prismática de sección triangular. La cara
menor del prisma se llama cabeza, las laterales simplemente caras, y la arista opuesta
a la cabeza filo.
La cuña es un amplificador de fuerzas (tiene ganancia mecánica). Su forma de actuar
es muy simple: transforma una fuerza aplicada en dirección al ángulo agudo (F) en dos
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fuerzas perpendiculares a los planos que forman la arista afilada (F1 y F2); la suma
vectorial de estas fuerzas es igual a la fuerza aplicada.
Utilidad
La cuña es sumamente versátil y forma parte de multitud de mecanismo de uso
cotidiano. Algunas de sus utilidades prácticas son:
Tornillo
El tornillo es un operador que deriva directamente del plano inclinado y siempre
trabaja asociado a un orificio roscado.
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Básicamente puede definirse como un plano inclinado enrollado sobre un cilindro, o lo
que es más realista, un surco helicoidal tallado en la superficie de un cilindro (si está
tallado sobre un cilindro afilado o un cono tendremos un tirafondo).
Partes de un tornillo
En él se distinguen tres partes básicas: cabeza, cuello y rosca:
Polea
Se llama polea a una rueda que puede girar libremente alrededor de su eje (montado
en una horquilla o armadura), y en cuyo contorno se adapta una cuerda flexible
(correa, cable, cadena, etc.). Cuando este dispositivo esta fijo hablamos de polea fija,
cuando este dispositivo se desplaza soportado por la cuerda hablamos de polea
móvil.
En toda polea se distinguen tres partes: cuerpo, cubo y garganta.
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Las poleas empleadas para tracción y elevación de cargas tienen el perímetro acanalado
en forma de semicírculo (para alojar cuerdas), mientras que las empleadas para la
transmisión de movimientos entre ejes suelen tenerlo trapezoidal o plano (en automoción
también se emplean correas estriadas y dentadas).
Profesor: Néstor Horacio Castiñeira
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Polipasto
Para disminuir aun más el esfuerzo frente a la resistencia, se utilizan combinaciones de
poleas, cada par de poleas (una fija y otra móvil) posibilita dividir por dos el esfuerzo
necesario para equilibrar o vencer la resistencia. Este dispositivo se llama polipasto. El
número máximo de poleas que se acostumbra utilizar es de ocho.
Torno
Consiste esencialmente en un cilindro alrededor del cual se arrolla una cuerda cable o
cadena en cuyo extremo actúa la resistencia, solidaria al cilindro, hay una manivela.
Como el brazo de palanca (brazo de la manivela) es mayor que el brazo de resistencia
(radio del cilindro) este dispositivo permite elevar grandes pesos con menor esfuerzo del
que seria necesario si se lo elevara directamente.
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Mecanismos de transmisión y transformación de movimientos
Entendemos por mecanismos un conjunto de elementos, vinculados entre si, capaces de
transmitir un movimiento o transformarlo en otro, modificando la trayectoria y/o la
velocidad.
Los movimientos pueden ser de rotación o de traslación (existen mecanismos que
permiten pasar de uno al otro), en ambos casos continuos o alternativos, o combinados
de rotación y de translación).
En el movimiento de rotación los diferentes los diferentes puntos del cuerpo que se
mueve describen circunferencias cuyos centros se encuentran sobre una línea recta
llamada árbol o eje de rotación. Los movimientos de rotación generan trayectorias
circulares (excepto en el eje de rotación).
En el movimiento de traslación los diferentes puntos del cuerpo que se mueven
describen trayectorias paralelas entre si y de igual longitud. Los movimientos de traslación
describen trayectorias lineales.
Los mecanismos o dispositivos para transmitir movimiento pueden clasificarse en: de
contacto directo o de órganos intermedios, flexibles o rígidos.
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En el siguiente grafico se indican alguno de ellos:
Transmisión por contacto directo
Rueda de fricción
Permite transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes paralelos o perpendiculares,
modificando las características de velocidad y/o sentido de giro.
Sus aplicaciones prácticas son muy limitadas debido a que no puede transmitir grandes
esfuerzos entre los ejes, pues todo su funcionamiento se basa en la fricción que se
produce entre las dos ruedas.
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Ruedas dentadas
La rueda dentada (engranaje, piñón) es, básicamente, una rueda con el perímetro
totalmente cubierto de dientes. El tipo más común de rueda dentada lleva los dientes
rectos (longitudinales) aunque también las hay con los dientes curvos, oblicuos, etc.
Para conseguir un funcionamiento correcto, este operador suele girar solidario con su eje,
por lo que ambos se ligan mediante una unión desmontable que emplea otro operador
denominado chaveta.
Dos ruedas dentadas engranadas entre sí constituyen un mecanismo elemental llamado
engranaje.
Transmisión mediante órganos intermedios flexibles
Correas y cadenas
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Cuando el árbol conductor o motriz y el árbol conducido están a una cierta distancia que
no favorece el uso de ruedas de contacto directo, se suele usar órganos flexibles como
correas o cadenas.
Las correas se caracterizan por ser silenciosas y no requerir lubricación, pero presentan
el problema que no permiten transmitir grandes potencias debido al deslizamiento en la
superficie de contacto de las correas con las poleas. Para disminuir el deslizamiento, en
vez de usar correas planas se usan correas de sección circular o trapezoidal (de tela o de
goma), en este caso la polea tiene una cavidad en donde va alojada la correa.
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A diferencia de las ruedas de fricción y de los engranajes, en este caso las dos poleas
vinculadas mediante la correa giran en el mismo sentido, si se quiere que gire en sentido
contrario es necesario cruzar la polea.
Cuando se quiere evitar totalmente el deslizamiento se utilizan cadenas acopladas a
ruedas dentadas. En este caso las cadenas son de características especiales. Un ejemplo
típico del uso de esta transmisión es la bicicleta (la cadena de la bicicleta).
Transmisión mediante órganos intermedios rígidos
Biela
Consiste en una barra rígida diseñada para establecer uniones articuladas en sus
extremos. Permite la unión de dos operadores transformando el movimiento rotativo de
uno en el lineal alternativo del otro, o viceversa.
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Este operador suele estar asociado siempre a una manivela (o también a una excéntrica o
a un cigüeñal).
Desde el punto de vista técnico se distinguen tres partes básicas: cabeza, pie y cuerpo.
• La cabeza de biela es el extremo que realiza el movimiento rotativo. Está unida
mediante una articulación a un operador excéntrico (excéntrica, manivela,
cigüeñal...) dotado de movimiento giratorio.
• El pie de biela es el extremo que realiza el movimiento alternativo. El hecho de
que suela estar unida a otros elementos (normalmente un émbolo) hace que
también necesite de un sistema de unión articulado.
• El cuerpo de biela es la parte que une la cabeza con el pie. Está sometida a
esfuerzos de tracción y compresión y su forma depende de las características de la
máquina a la que pertenezca.
Utilidad
Desde el punto de vista tecnológico, una de las principales aplicaciones de la biela
consiste en convertir un movimiento giratorio continuo en uno lineal alternativo, o
viceversa. La amplitud del movimiento lineal alternativo depende de la excentricidad del
operador al que esté unido.
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La biela se emplea en multitud de máquinas que precisan de la conversión entre
movimiento giratorio continuo y lineal alternativo. Son ejemplos claros: trenes con
máquina de vapor, motores de combustión interna (empleados en automóviles, motos o
barcos); máquinas movidas mediante el pie (máquinas de coser, ruecas, piedras de
afilar), bombas de agua...
Las empleadas en aplicaciones industriales suelen fabricarse en acero forjado y la forma
se adaptará a las características de funcionamiento. En las máquinas antiguas solía tomar
forma de “S” o “C” y sección constante. En las actuales suele ser rectilínea con sección
variable, dependiendo de los esfuerzos a realizar.
Émbolo.
Descripción.
El émbolo es una barra cuyos movimientos se encuentran limitados a una sola dirección
como consecuencia de emplear una guía.
Utilidad
Si analizáramos el desplazamiento de la biela en un mecanismo biela-manivela
observaríamos que su pie sigue un movimiento lineal alternativo, pero la orientación de su
cuerpo varía constantemente dependiendo de la posición adoptada. Para conseguir un
movimiento lineal alternativo más perfecto se recurre al émbolo.
El émbolo también se emplea en multitud de mecanismos que trabajan con fluidos a
presión. Ejemplos simples pueden ser: las bombas manuales para inflar pelotas
(Infladores) o las jeringas.
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Actividades
Practica I
Indica para cada caso hacia dónde se inclina la balanza, hacia la derecha, hacia la
izquierda o si está equilibrada. Fabrica una palanca y ensaya las posiciones y relaciones
de las cargas. Razona y explica tu conclusión.
Conclusión
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Practica II
¿Qué mecanismos se pueden emplear si tengo que subir un piano de cola hasta un sexto
piso para que entre por la ventana? Haz un esquema.
Componentes
Esquema del montaje:
Posibles aplicaciones del montaje:
CUESTIONES:
1.- ¿Qué función cada elemento?
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Practica III
Explica las diferencias de un sistema de transmisión por cadena y de otro de transmisión
por correa. ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene cada uno de ellos? Haz un dibujo de
cada sistema.
Componentes
Esquema del montaje
Posibles aplicaciones de los montajes
CUESTIONES:
1.- ¿Qué función cada elemento?
2.- Ventajas y desventajas
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Practica IV
Analiza los siguientes trenes de mecanismos e indica con una flecha en qué sentido giran
y qué elemento gira más despacio.
Fundamenta
Componentes
Practica V
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Observa el sistema de transmisión de la figura y contesta:
1) Cómo se llama el sistema formado por 1 y 2.
2) Cómo se llama el sistema formado por 3 y 4,
3) Si 1 gira a la derecha, indica con una flecha en qué dirección gira cada elemento.
4) Si 1 da 6 vueltas, ¿cuántas vueltas da 2?
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Práctica VI
Rodea con un círculo la respuesta correcta y fundamenta tu elección:
Fundamentación
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Práctica VII
Analizar las transmisiones con dos y tres engranajes de la figura y razonar que el B sólo
incide en el sentido de giro del C y no en la relación entre el número de vueltas que dan el
A y el C. Explica con tus palabras lo que crees que sucede en estas transmisiones.
Explicación
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Práctica VIII
Observa los dibujos siguientes y atrévete a indicar el sentido de giro de la última polea.
Ayúdate para ello de flechas. Indica además la reducción o amplificación de cada una de
las poleas.
Explicación
Práctica X
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¿Estás de acuerdo con estas afirmaciones? Tanto si es que sí como si es que no razona y
fundamenta tu respuesta.
1) La transmisión por correas permite transmitir el movimiento entre ejes que se
encuentran alejados, reduciéndose de esta forma el tamaño de las poleas.
2) Las correas transmiten el movimiento sin apenas hacer ruido y absorben los
cambios bruscos de movimientos (frenazos, acelerones, etc.)
3) Un dato a tener en cuenta es que las correas deben tener una tensión apropiada
para que no patinen, siendo esta tensión, en muchos casos, uno de los
parámetros más importantes a la hora de sacar rendimiento a una transmisión.
Respuesta
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Práctica XI
En el sistema de engranajes de la figura. ¿Hacia dónde se mueve el engranaje G?
Razona y fundamenta tu respuesta.
Fundamentación
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Practica XII
Un tornillo de Arquímedes es un dispositivo para elevar el agua desde ríos y canales, en
lugares de poca altitud.
Investiga cómo es este invento, cómo funciona y qué otros usos tiene.
Otras aplicaciones
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Practica XIII
En las imágenes siguientes, y suponiendo que la polea motriz sea la polea A, indica (en
cada una de las poleas) si se consigue una multiplicación, reducción o simplemente una
transmisión de movimiento. Razona y fundamenta tu respuesta
Respuesta
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Práctica XIV
Rellena las casillas (huecos) con las partes de la máquina de vapor. Explica que función
cumple cada una de ellas.
Explicación
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Práctica XV
Consigue poleas de plástico o metal (juguetes en desuso) y hace un sistema de poleas
para elevar una carga. Grafica y construye el dispositivo.
Componentes
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Práctica XVI
Consigue engranajes de plástico o metal (juguetes en desuso) y hace un sistema de
poleas para elevar una carga. Grafica y construye el dispositivo.
Componentes
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Práctica XVII
El siguiente mecanismo representa una barrera de paso a nivel
Indica el nombre de cada uno de los operadores empleados.
Explicar el funcionamiento del mecanismo.
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Práctica XVIII
El siguiente dibujo representa una transmisión por correa-polea. Indicar sobre cada polea
el sentido de giro que le corresponda si “A” (que es la conductora) lo hace en el sentido de
las agujas del reloj.
Práctica XIX
En el dibujo podemos ver un sistema de poleas escalonadas perteneciente a un taladro
sensitivo. Según la combinación de poleas que elijamos podemos obtener diferentes
velocidades en el eje que mueve la broca.
¿En qué posición tendremos que colocar la correa para obtener la máxima velocidad de
giro en la broca? Fundamenta tu elección.
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Practica XX
Indicar en el cuadro siguiente el tipo de palanca (1º, 2º ó 3er grado) al que pertenece cada
uno de los mecanismos o máquinas citados. Téngase en cuenta que algunos/as son una
combinación de diferentes tipos de palancas.
Fundamenta tu elección.
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Sistemas Eléctricos
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Sistemas eléctricos
INTRODUCCIÓN
La electricidad es la forma de energía más utilizada por el hombre. Gracias a ella, se
puede hacer que funcionen las lámparas eléctricas, las maquinarias, los
electrodomésticos, las herramientas, los ordenadores, etc.
Pero, ¿qué es la electricidad?, ¿cómo se produce?, ¿cómo se transporta?, ¿De qué
manera se controla?, ¿cómo se calcula?. A lo largo de este curso, se darán las
respuestas adecuadas a estas y otras interrogantes relacionadas con las aplicaciones
eléctricas.
Producción de la Energía Eléctrica. Centrales eléctricas
La energía no se crea, está en la naturaleza y se puede transformar para sacar un
rendimiento útil. El hombre ha evolucionado en bienestar conforme encontraba utilidades
a la energía; pero el gran salto se consiguió al transformar las distintas clases de energías
primarias en electricidad. Un ejemplo: Antes, para poder aprovechar la fuerza del agua de
un río, se utilizaba la noria y hacer que se moviera la piedra del molino. Esta noria debía
de estar necesariamente en la orilla del río. La electricidad permite cambiar la noria por un
motor, y colocarlo a muchos kilómetros del río donde se genera la fuerza necesaria para
moverlo. Por tanto, el descubrimiento de poder transportar la energía a través de unos
conductores, es lo que hace que la “energía eléctrica” sea la más interesante de todas
las formas que aparecen en la naturaleza, unido esto a la posibilidad de almacenamiento
en acumuladores adecuados, la hace que, además, sea una de las formas más
económicas en transfórmala en otra clase de energía.
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Las centrales eléctricas, son “fábricas” de producción de Energía eléctrica. Donde se
transforma una Energía primaria en Energía eléctrica.
Según el tipo de Energía Primaria a transformar, las Central eléctrica recibe diferente
denominación:
Central Hidráulica
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Las centrales hidroeléctricas se instalan en ríos, junto a represas capaces de embalsar
suficiente cantidad de agua.
En el fondo de la represa se abren unas tuberías que canalizan el agua a presión hasta
las turbinas. El chorro de agua a presión hace girar la turbina y esta hace girar el rotor del
generador, produciendo energía eléctrica.
La potencia de este tipo de centrales depende del desnivel de agua existente entre la
represa y el caudal que atraviesa la turbina.
Central Térmica
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La central térmica de combustión es una instalación que utiliza un combustible (Carbón,
gas, o petróleo), para calentar agua que circula por la caldera donde se transforma en
vapor de agua. La energía cinética del vapor de agua se transfiere a la turbina, haciéndola
girar. Finalmente, esta energía, se convierte en energía eléctrica en el generador.
Central nuclear
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La central térmica nuclear tiene un principio de funcionamiento similar a las otras
centrales térmicas. La diferencia consiste en que el calor necesario para calentar el agua
en la caldera proviene de la fisión nuclear de un mineral radiactivo.
Esta reacción se produce en el reactor de la central, una estructura de hormigón armado
revestida de plomo y aislado del resto del sistema y del exterior.
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Central Mareomotriz
La energía mareomotriz se debe a las fuerzas de atracción gravitatoria entre la Luna, la
Tierra y el Sol. La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas, es
decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la
Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de
agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse interponiendo partes
móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con
mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje. Mediante su
acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de
electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma
energética más útil y aprovechable. Es un tipo de energía renovable limpia.
La energía mareomotriz tiene la cualidad de ser renovable, en tanto que la fuente de
energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia, ya que en la transformación
energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin
embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios
actuales y el costo económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han
impedido una proliferación notable de este tipo de energía.
Central solar
La central solar fotovoltaica esta formada por paneles fotovoltaicos que transforman la
energía radiante del sol en energía eléctrica. Cada panel fotovoltaico es un conjunto de 30
o 40 celdas fotovoltaicas conectadas entre si y colocadas dentro de una caja de vidrio o
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cubierta transparente. Cuando los rayos del sol inciden sobre los paneles fotovoltaicos, la
energía se absorbe en las celdas y se produce corriente continua en las terminales de
cada una de ellas. Finalmente los inversores transforman esta corriente en corriente
alterna.
El sistema posee acumuladores que sirven para almacenar energía eléctrica.
Central solar térmica
En la central solar térmica la luz del sol incide en un conjunto de espejos metálicos
orientables - helióstatos – que la reflejan hacia una caldera ubicada en la parte superior
de la torre. En la caldera y la torre existen cañerías por donde circula un fluido que, al
calentarse en la caldera, se almacena produciéndole vapor necesario para mover un
turboalternador y generar energía eléctrica.
Central eólica
La central eólica o “granja eólica” consta de un conjunto de aerogeneradores (1),
distribuidos de tal manera que puedan aprovechar con eficacia la fuerza y la dirección de
los vientos, y de un sistema de control eléctrico encargado de conectar la central con la
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red de distribución eléctrica. Los aerogeneradores transforman la energía del viento en
energía eléctrica, esta energía se carga en las baterías (2) y luego sale hacia la red. El
sistema posee acumuladores (3) que sirven para almacenar energía en épocas de escaso
viento.
Generadores eléctricos
Los generadores eléctricos son “máquinas” que cuando se les proporciona un
movimiento, estas lo transforman en Energía Eléctrica. Se basan en el “Efecto Faraday”
que se resume así:
“Cuando se mueve un conductor metálico dentro de un campo magnético, sea un
imán o un electroimán, se engendra en dicho conductor una corriente eléctrica y al
contrario, si se mueve el imán, o el electroimán, y se fija el conductor, también se
produce en el conductor dicha corriente”.
Los sistemas eléctricos, basados en circuitos eléctricos (y circulación de corriente), se
utilizan para transmitir señales y/o energía. En los circuitos eléctricos podemos identificar
magnitudes, entre las que podemos mencionar:
• la tensión (volt), que como hemos dicho es análoga a la presión en los sistemas
hidráulicos y neumáticos;
• la corriente (amperé) análoga al flujo del fluido en los sistemas hidráulicos y neumáticos;
• la resistencia (ohm). La resistencia de un conductor es proporcional a su longitud, e
inversamente proporcional a su sección transversal. La resistencia aumenta con la
longitud del conductor y con la disminución de su sección.
• la potencia (watt), igual a la tensión por la corriente.
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• le energía (watt-hora), la potencia por el tiempo.
Como fuente de energía la electricidad ofrece muchas ventajas, es fácilmente
transportable, se puede transformar cómodamente en otras formas de energía (mecánica,
térmica, luminosa, química, etc.), es cómoda, es limpia, etc., pero requiere tener en cuenta condiciones de seguridad.
La tensión para uso familiar en argentina es de 220 V (corriente alterna monofásica) y
para uso industrial de 380 V (corriente alterna trifásica). En los automóviles normalmente
es de 12 V (corriente continua). Para disminuir las pérdidas, en transmisiones a gran distancia, se eleva la tensión a varios miles de volt (13.200; 33.000; 66.000; 132.000 V, etc.),
la razón es que siendo la potencia puesta en juego igual al producto de la tensión por la
corriente, al aumentar la tensión disminuye el valor de la corriente circulante y como
consecuencia las pérdidas en la línea bajo forma de calor.
Modelo de circuito eléctrico de una casa
Análisis técnico de un sistema eléctrico
Podemos tomar como ejemplo el sistema de distribución de la energía eléctrica de una
casa y hacer el correspondiente grafo de árbol.
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A continuación desarrollamos una tabla de análisis técnico de un: Sistema de
distribución de la energía eléctrica de una casa.
El átomo
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Generalidades de los cuerpos:
Naturaleza: Llámese naturaleza al conjunto de los seres que nos rodean, y a los agentes
que actúan sobre ellos.
Dichos seres se dividen en tres grupos, que forman los tres reinos: El animal, el vegetal y
el mineral. A nosotros no interesa este último (El mineral), que agrupa todos los cuerpos
inorgánicos, o carentes de vida.
Materia: Es todo lo que ocupa lugar en el espacio y que impresiona a nuestros sentidos.
Por ejemplo: el agua, el aire, el hierro, etc.
La materia, se puede transformar, pero no es posible, crearla ni destruirla.
Cuerpo: Es toda cantidad limitada de materia.
Constitución de la materia:
La experiencia diaria, nos demuestra la propiedad fundamental de la materia: la
divisibilidad. Sin esta propiedad, seria imposible aserrar, limar, trabajar los materiales,
etc.
Las partes mas pequeñas obtenidas por estos medios mecánicos reciben el nombre de
partículas. Estas están formadas, por las llamadas moléculas que son la menor parte del
cuerpo que puede existir en estado libre y en equilibrio, en condiciones normales.
Las moléculas, a su vez, están constituidas por partes más pequeñas llamadas átomos.
El átomo es como un “sistema solar”, en cuyo centro estaría el núcleo atómico, y
orbitando a su alrededor los electrones. El núcleo atómico está formado, por protones y
neutrones. Los electrones tienen carga eléctrica negativa, los protones tienen carga
eléctrica positiva, y los neutrones tienen carga eléctrica neutra.
Inicialmente los átomos tienen carga eléctrica neutra.
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Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de distinto signo se atraen.
En los conductores, sus átomos tienen electrones en las orbitas mas externas que
necesitan poca energía para salir de ellas. De hecho, estos átomos “comparten” estos
electrones con átomos cercanos, con lo que forma la llamada “nube electrónica" de los
metales.
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En los materiales aislantes, los electrones están fuertemente ligados a su órbita, siendo
imposible sacarlos de ella.
Si imaginamos un conductor formado por una hilera de átomos, podemos ver como se
mueven los electrones por el conductor.
Los electrones de la última capa van pasando de un átomo al continuo. Se define como
Corriente Eléctrica al movimiento de electrones por un material conductor.
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Circuitos eléctricos
Para definir el concepto de de un circuito eléctrico primero tenemos que distinguir sus
componentes fundamentales, que son: Una fuente de alimentación o generador (Pilas,
baterías, dinamos, etc.), un material conductor (Cables o alambres); un interruptor (Llaves
de un punto, de combinación, etc.); y un receptor (Lámparas, motores, planchas,
resistencias, electrodomésticos en general, etc.).
Fuente de energía
Transforman un tipo de energía determinado en energía eléctrica. Pueden ser, pilas,
baterías, generadores, etc.
Conductor
Permiten la circulación de cargas eléctricas, son cables generalmente de cobre (Cu). Está
formado por un “alma” conductora que puede ser de cable “Haz de hilos” o de alambre “un
solo hilo” y en su exterior una capa de material aislante que puede ser de goma, plástico,
etc.
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Receptor
Transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía, (lámparas, resistencias, motores,
etc.).
Interruptor
La función de estos elementos es cortar o interrumpir el paso de la corriente eléctrica, y
pueden ser para exteriores o de embutir. Los hay de uno, de dos y de tres puntos, es
decir, unipolares, bipolares y tripolares.
El circuito básico
Los electrones (-) se concentran en el polo negativo, mientras que en el polo positivo, se
concentran los protones (+). Las cargas positivas van “absorbiendo” los electrones de los
átomos próximos del conductor, a estos átomos se les pasa los electrones de los
anteriores, y así sucesivamente hasta llegar a las proximidades del polo, que es quien
“inyecta” los electrones que faltan, ya que se los queda el polo positivo.
El sentido que llevan los electrones en su movimiento es del polo (-) al polo (+) y se lo
denomina sentido real de la corriente eléctrica.
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El sentido convencional de la corriente eléctrica, es el sentido que se ha tomado como
“oficial” por motivos históricos y es con el que vamos a trabajar.
Tensión
El generador es una “maquina” que transforma un tipo de energía determinado en energía
eléctrica.
Lo que realmente sucede en su interior es que recibe los electrones en su polo positivo y
les aplica una fuerza para mandarlos al polo negativo y “despegarlos” de las cargas
positivas que son las que los retienen por atracción. De este modo se consigue crear una
diferencia de cargas entre los polos positivo y negativo. Pues bien, a la fuerza necesaria
para trasladar los electrones se la denomina FUERZA ELECTROMOTRIZ.
Y a la diferencia de cargas existentes entre el polo positivo y el negativo se lo denomina
DIFERENCIA DE POTENCIAL o TENSIÓN.
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Por lo tanto, se denomina Tensión a la fuerza o empuje que provoca el movimiento de
cargas eléctricas a través de un material conductor.
Se simboliza con la letra (E), su unidad es el Volt (V) y se mide con un instrumento
llamado Voltímetro.
V
Los múltiplos y submúltiplos más importantes del voltio son:
Múltiplos
Kilovolt (KV): 1Kv = 1.000 V
Submúltiplos
Milivolt (mV): 1mV= 0,001 V
Conexión del voltímetro:
El Voltímetro es el aparato que como dijimos se utiliza para medir la tensión y se conecta
en paralelo con el circuito.
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El receptor
Lo habíamos definido anteriormente, como un elemento que transforma la energía
eléctrica en otro tipo de energía (calórica, lumínica, etc.). Como receptores y de manera
básica, se suelen usar elementos llamados resistencias (R), que son elementos que se
oponen al paso de la corriente eléctrica.
Estos receptores transforman fundamentalmente la energía eléctrica, en calor, aunque en
el caso de las lámparas, a pesar de que producen calor, su misión es esencialmente
producir energía lumínica.
La resistencia eléctrica se simboliza con la letra (R) y su unidad de medida es el ohm (Ω).
Los múltiplos y submúltiplos más importantes son:
Múltiplos:
Kilohm (k Ω): 1 K Ω= 1.000 Ω
Megaohm (M Ω): 1 M Ω= 1.000.000 Ω
Submúltiplos:
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Miliohm (m Ω): 1 m Ω= 0,001 Ω
El aparato de medida utilizado para medir resistencia eléctrica es el óhmetro, y se
conecta en paralelo al elemento que se quiere medir.
Corriente eléctrica
Se denomina corriente eléctrica al movimiento de electrones por un material conductor.
Ahora bien, se define carga eléctrica (Q) o cantidad de electricidad al exceso de carga
negativa o falta de carga positiva (electrones) de un cuerpo.
Puesto que la carga del electrón es muy pequeña, no se toma a esta como unidad de
medida de la carga eléctrica, sino que se toma a un conjunto de ellos que se denomina
CULOMBIO (C), y que equivale a la carga de un total de 6,3 trillones de electrones ( 1C=
6,3 x 1018 Electrones).
Entonces, vamos a hablar a partir de ahora, no de electrones, sino de (bolsitas) que
contienen 6,3 trillones de electrones, es decir “bolsitas” de 1C de carga eléctrica cada
una.
Intensidad de corriente eléctrica (I)
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Se define intensidad de corriente (I) como la cantidad de electricidad (o carga eléctrica)
que circula en la unidad de tiempo (Seg). Se mide en amperes (A).
Medida de la intensidad de corriente eléctrica
Como dijimos anteriormente, la unidad de la corriente eléctrica es el ampere. Sus
múltiplos y submúltiplos son:
Múltiplos:
Kiloampere (kA)= 1kA = 1.000 A
Submúltiplos:
Miliampere (mA) = 1 mA = 0,001 A
Microampere (µA) = 1 µA = 0,0000001 A
El aparato de medida utilizado para medir esta magnitud se denomina Amperímetro, y se
conecta en serie al elemento que se quiere medir la intensidad.
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Ley de Ohm
En el circuito anterior vemos que con una tensión de 27 volt en el generador y una
resistencia de 9 ohmios, el amperímetro marcaba una intensidad de 3 Amperios, existe
una relación entre la intensidad, la tensión y la resistencia, llamada LEY DE OHM, cuyo
enunciado dice que “la intensidad de corriente que circula por un circuito eléctrico es
directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la
resistencia eléctrica”, o dicho de otra forma, a mas tensión y a mas resistencia menos
intensidad.
Trabajando con las tres variables podemos obtener tres posibilidades de actuación con
esta ley:
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Tipos de corriente eléctrica
Corriente continua (CC)
Producida por, baterías, pilas o por generadores de corriente continua (Dinamos). Se
caracteriza por que los electrones en su recorrido no cambian de sentido, es decir la
tensión es constante al valor de su polaridad.
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Corriente Alterna (CA)
Producida por generadores de corriente alterna (Alternadores). Se caracteriza porque los
electrones cambian su sentido constantemente, es decir, la tensión varia en valor y
polaridad.
Aislantes y conductores
Anteriormente vimos que los átomos de un aislante poseen los electrones muy ligados a
sus orbitas, mientras que los conductores no, y por lo tanto, dichos electrones son
“compartidos” por átomos cercanos permitiéndoles una movilidad que facilitara la creación
de una corriente eléctrica. Ambos son fundamentales en un circuito eléctrico. Los
conductores permitirán la circulación de electrones, y por lo tanto, que haya corriente
eléctrica. Los aislantes impedirán que los electrones circulen, y por lo tanto se fuguen por
caminos no deseados.
Ejemplos de aislantes:
Plástico, goma, papel, algodón, porcelana, seda, etc.
Ejemplo de conductores:
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Platino, plata y oro (Son caros y empleados en sitios muy puntuales, como por ejemplo,
en pequeños contactos), cobre, aluminio (empleados en instalaciones domiciliarias y
líneas de alta tensión), estaño, zinc, mercurio, etc.
Resistividad y conductividad
Se puede definir resistencia eléctrica como la mayor o menor oposición que ofrecen los
cuerpos conductores al paso de la corriente eléctrica. Como ya vimos su unidad es el ohm
(Ω) y se mide con un instrumento llamado óhmetro.
Esta mayor o menor oposición depende de factores como, la longitud, la sección (área de
su corte transversal) del cable y una constante que es característica de cada tipo de
material, denominada RESISTIVIDAD (ρ), cuya unidad de medida es:
A veces, en la resistividad se da otro dato que es la CONDUCTIVIDAD (σ), que es
inverso a la resistividad, es decir:
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La Resistividad es un dato que se obtiene en laboratorios, y por tanto viene dado en
tablas.
Así se muestra a continuación la resistividad de varios elementos:
Resistencia de un conductor
Como dijimos, la resistencia eléctrica depende de la sección, la longitud y la resistividad y
existe una relación entre ellas que está dada por la siguiente formula, teniendo en cuenta
que la longitud se da en metros (m) y la sección en milímetros cuadrados (mm2).
La Resistencia depende de la naturaleza del
conductor, de su longitud y de su sección, de tal
modo que:
•
•
A mayor Longitud, mayor Resistencia.
A mayor Sección, menor Resistencia
Ejemplo:
Utilizando la formula anterior con diferentes materiales conductores, y modificando la
longitud y la sección del conductor:
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Cobre
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Aluminio
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Influencia de la temperatura sobre la resistividad
Anteriormente afirmamos que la resistividad es una CONSTANTE que depende de cada
material, dijimos algo que es una "verdad a medias". La resistividad es efectivamente una
constante que depende de cada material, es decir, un valor que no cambia, pero esto es
verdad SI LA TEMPERATURA NO CAMBIA. Si se produce un cambio de la temperatura,
dicho valor de resistividad cambia, haciendo que aumente o disminuya, (esto también
depende de cada material) la resistencia del mismo.
El cambio de valor de la resistividad con la temperatura es otra constante, denominada
coeficiente de temperatura (α). Algunos de estos coeficientes son los que se muestran a
continuación:
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La relación entre el coeficiente de temperatura, la temperatura y la resistencia es la
siguiente:
Siendo:
Ejemplo:
Vamos a suponer que tenemos un conductor de 250 m de longitud y 0,75 mm2 de
sección, comprobemos como varia su resistencia cambiando la temperatura y el tipo de
material.
Cobre (Cu)
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Aluminio (Al)
Estaño (Sn)
Resistencia de los aislantes. La rigidez dieléctrica.
Ya dijimos al principio de esta Unidad que los materiales aislantes o dieléctricos evitaban
el paso de electrones por zonas no deseadas evitando accidentes de esa manera, y
protegiendo a personas e instalaciones eléctricas. Su resistencia es de varios millones de
ohmios y su resistividad altísima. Pero ésta se ve modificada enormemente por cambios de
temperatura o de humedad, de manera que en vez de dar la resistencia de un aislante en
ohmios, se suele dar otro dato denominado RIGIDEZ DIELÉCTRICA, que no es otra cosa
que la tensión capaz de perforar al material aislante. Lo que sucede tras esta perforación
suele ser la destrucción del aislante, debido a las altas temperaturas que se alcanzan al
pasar la intensidad de corriente por él. No se mide en ohmios, sino en kV/mm (kilovoltios
por milímetro de espesor del aislante). Este dato depende de la temperatura, humedad,
tiempo de aplicación de esa tensión y otros muchos factores. Por lo tanto, podemos decir
que no es un dato constante.
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Un ejemplo claro de esto son las tormentas. El aire es aislante. Cuando una nube pasa con
una diferencia de cargas respecto a la tierra tan alta, que la diferencia de potencial entre
nube y tierra supera la rigidez dieléctrica del aire, se produce la ruptura del aislante (aire)
en forma de lo que conocemos como rayo. A continuación viene el trueno, que no es más
que el sonido producido por el aire al expandirse repentinamente debido al calentamiento
producido precisamente por la energía que ha liberado el rayo.
Potencia eléctrica
En física se define Potencia como el trabajo realizado en la unidad de tiempo, es
decir, trabajo partido tiempo. Puesto que trabajo y energía son lo mismo, diremos pues
que la Potencia es la energía consumida o liberada en la unidad de tiempo.
Cuando decimos que es energía consumida o liberada (o cedida) en la unidad de
tiempo, es porque hay dos elementos que realizan las operaciones opuestas, es decir,
uno cede y el otro consume. Es lógico, puesto que la energía sabemos que no se crea
ni se destruye solo se transforma, y por lo tanto, si un elemento consume es porque
hay otro que suministra o cede.
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Bien, pues el elemento que cede potencia eléctrica es el generador (pila, alternador,
dinamo...),
y
el
elemento
que consume potencia eléctrica es el receptor (las
resistencias).
Así, la expresión de la potencia es P = V x I y su unidad es el Watt (W). Esta expresión la
podemos interpretar como:
Potencia cedida que es igual a la tensión del generador por la intensidad; o como
Potencia consumida que es igual a la tensión de la resistencia por la intensidad que
circula por ella.
Jugando con la ley de ohm, podemos obtener dos expresiones más:
•
Como V = R x I, sustituimos, de manera que P = R x I x I = Rxl2.
Interpretación: la potencia que consume una resistencia es igual al valor óhmico de la
misma por la intensidad que circula por ella al cuadrado.
•
También sabemos que I = V / R. y al sustituir tenemos que
P = V x V / R = V 2 / R Interpretación: la potencia que consume una resistencia es igual a
la tensión que tiene la misma al cuadrado partido por el valor óhmico.
Ejemplo:
Podemos comprobar lo visto hasta ahora, modificando los valores de tensión del
generador y el valor de la resistencia del circuito:
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Múltiplos y submúltiplos
El watt o vatio, posee múltiplos y submúltiplos que veremos a continuación.
Múltiplos
Kilowatt = 1kW= 1000W
Megawatt= 1MW = 1.000.000W
Submúltiplos:
Miliwatt= 1MW= 0,001W
El aparato de medida empleado para medir esta magnitud se denomina watimetro. Por
explicarlo de manera breve, internamente consta de un voltímetro y un amperímetro que
realizan la multiplicación V x l y hacen que la aguja indique la potencia. Por tanto, tiene
cuatro bornes de conexión:
•
Dos para el voltímetro. Se conectan en PARALELO
•
Dos para el amperímetro. Se conectan en SERIE
Normalmente, tanto en los bornes del voltímetro como en las del amperímetro, una de
ellas suele ir marcada con un punto, asterisco o algún otro tipo de marca. Este borne
corresponde al POSITIVO del aparato correspondiente. Se puentean los dos,
conectándolos tal y como se ve en las figuras:
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Energía Eléctrica
Cuando vimos la Potencia Eléctrica, una de las cosas que dijimos fue que la Potencia es la
Energía en la unidad de tiempo, es decir, P = E/I. Si despejamos esta expresión,
obtendremos que E = P x t. es decir, la Energía es la Potencia (en vatios) consumida a lo
largo del tiempo (en segundos). Se mide en JULIOS (J), aunque existen otras unidades
más conocidas. Así:
•
Si la potencia la ponemos en Kw y el tiempo en horas (E = k\V x h) obtendremos
las energía en KILOVATIO-HORA (Kw-h)
•
Si multiplicamos por 0,24, es decir, E =0,24 x P x t, obtendremos la energía en
CALORÍAS (Cal).
Caballo vapor
La potencia que desarrolla una máquina en un segundo se mide en caballos de vapor
(CV). La relación que existe entre un caballo de vapor y el vatio es la misma que en
mecánica:
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Ejemplo de cálculo
El problema más común es el de averiguar qué cantidad de corriente consume un motor
de determinados caballos.
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Los conductores pueden agruparse entre sí en serie, en paralelo, o en montaje
mixto (que es la combinación de serie y paralelo a la vez).
Resistencias en serie
Se llama montaje en serie cuando las resistencias se disponen unas a continuación de
otras, de tal modo, que todas sean recorridas por la misma corriente, donde se
observan las siguientes particularidades:
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En un circuito serie la intensidad de corriente I es constante, ya
que los electrones no tienen otro camino por recorrer.
Si en los extremos de este circuito se aplica una diferencia de potencial de V voltios, la
corriente en este circuito y, por consiguiente, en cada conductor es:
La diferencia de potencial entre los extremos de cada conductor es de:
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Resistencias en paralelo
Cuando todos los principios de las resistencias están todos unidos en un solo punto y
todos los finales están todos unido en otro, se dice que están agrupados en paralelo o
derivación.
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Hallar el valor del conjunto de resistencias conectadas en paralelo, equivale a encontrar el
valor de una resistencia que sustituya a todo el conjunto por otra de similar valor.
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RT tiene un valor equivalente al conjunto R1 R2 y R3
La corriente en un circuito paralelo
La corriente al llegar al punto A se reparte entre todas las resistencias R1, R2, R3 de modo
que cada conductor será recorrido por corriente I1, I2, I3 de tal modo que la suma de ellas
es igual a la corriente total que llega al punto A.
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Dos resistencias en paralelo
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La resistencia de dos resistencias en derivación es igual
al producto de las resistencias, dividido por su suma.
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Ejemplos de actividades en sistemas Eléctricos:
1)
Conexión de una llave de un punto con una lámpara.
Al accionar el interruptor la lámpara
se encenderá.
2) Conexión de una llave de un punto con dos lámparas una a continuación de la otra.
(Circuito serie). En este circuito al accionar el interruptor las lámpara se enciende pero su poder lumínico
disminuye (Caída de tención)
Al accionar el interruptor las
lámparas se encenderán con
una caída de tención.
3)
Conexión de una llave de un punto con dos lámparas paralelas entre sí. (Circuito
Paralelo). En este circuito al accionar el interruptor las lámparas se encenderán con todo su poder lumínico, la
corriente al llegar al punto “A” (Nudo o nodo) se derivara y pasara por cada lámpara para encontrarse en el punto
“B”.
Al accionar el interruptor las lámparas
se encenderá ya que la corriente al
llegar al punto “a” se derivara y pasara
por cada lámpara.
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4)
Conexión de dos interruptores de un punto uno a continuación del otro (En serie)
con una lámpara.
Para que la lámpara encienda
se deberá accionar el
interruptor “A” y el interruptor
“B”.
5)
Conexión de dos interruptores de un punto uno paralelo al otro (En paralelo) con
una lámpara.
Para que la lámpara encienda se
deberá accionar el interruptor “A” o
el interruptor “B”.
6)
Conexión de una llave de un punto con una lámpara y paralelo a esta conexión un
tomacorriente.
Al accionar el interruptor la lámpara
se encenderá. Paralelamente a esto,
si conectamos algún artefacto al
toma corriente, este funcionara.
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7)
Conexión de dos tomacorrientes en paralelo con cable a tierra.
En la conexión de dos
tomacorrientes en paralelo,
cada tomacorriente es
independiente del otro. El
cable a tierra es una medida
de seguridad obligatoria en
las instalaciones elecricas.
8)
Conexión de dos llaves de combinación con una lámpara. Al accionar el interruptor “A” la
lámpara se encenderá, y se podrá apagar con el interruptor “B”. Dicha acción se podrá hacer de forma viceversa,
encendiendo la lámpara con “B” y apagándola con “A”.
Al accionar el interruptor de combinación
“A” la lámpara se encenderá y se podrá
apagar desde el interruptor “B”.
9)
Conexión de un tubo fluorescente para 15-20-30-40-y 60 watt
Al accionar el interruptor se
enciende el tubo fluorescente.
A: Balastro - B: Tubo - C:
Arrancador
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102
10) Conexión de dos porta tubos simples un porta arrancador y una reactancia simple.
enciende el tubo fluorescente.
11) Conexión de un tubo fluorescente de 105 watt
encenderá el tubo fluorescente.
A: Balastro – B Tubo
12) Circuito de conexión de tanque.
En la instalación de
llave flotante, la bomba
encenderá cuando el
tanque lo requiera.
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103
13) Circuito conexión cisterna.
En la instalación de llave
flotante, la bomba encenderá
cuando el tanque cisterna lo
requiera.
14) Circuito conexión tanque y cisterna combinados.
15) Conexión de una campanilla de botón pulsador y un transformador.
Al accionar el pulsador se encenderá
la campanilla y al soltarlo, la misma se
apagara.
A: Transformador – B campanilla – C: Pulsador
[email protected]
104
16) Campanilla 220 volt
Al accionar el pulsador se
encenderá la campanilla y al
soltarlo, la misma se apagara.
A campanilla – B: Pulsador
17) Conexión de una lámpara con una llave de cuatro vías.
En este circuito la lámpara será
comandada por cualquiera de los
interruptores de combinación.
18) Foto control para lámparas de hasta 1500 Watt.
En la instalación de Foto
Control, la lámpara encenderá
cuando el sensor se active por
falta de luz.
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105
Actividades
Practica I
Mando directo de una lámpara de a través de un interruptor de un punto. (Al accionar el
interruptor la lámpara se encenderá y al accionarlo nuevamente la lámpara se apagara).
Componentes e instrumentación:
CUESTIONES:
1.- ¿Cuál es la función qué realiza el interruptor?
2.- ¿Qué pasará si en vez de una lámpara en su lugar colocamos un motor?
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106
Practica II
Mando directo de tres lámpara de a través de tres interruptores de un punto. (Al pulsar
cada interruptor las lámparas que comandan cada uno se encenderá y al pulsarlos nuevamente las lámparas se apagaran).
Esquema del montaje
Cuestiones
1.- ¿Cuál es la función qué realiza cada interruptor?
2.- ¿Qué pasará si se accionan los tres interruptores a la vez?
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107
Practica III
Conexión de dos llaves de combinación con una lámpara.
Componentes e instrumentación
Esquema del montaje
Posibles aplicaciones del montaje
Cuestiones
1.- ¿Cuál es la función qué realiza cada interruptor?
2.- ¿Qué pasará si se accionan los dos interruptores a la vez?
[email protected]
108
Practica IV
Conexión de un interruptor que comande una lámpara y un tomacorriente en
paralelo a este circuito (Interruptor – lámpara).
Esquema del montaje
Cuestiones
2.- ¿Cuál es la función qué realiza el tomacorriente?
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109
Practica V
Conexión de dos lámparas con dos interruptores de un punto y un tomacorriente en
paralelo a estos. (Los interruptores comandaran las lámparas y el tomacorriente estará en paralelo con el circuito)
Esquema del montaje
Cuestiones
[email protected]
110
Práctica VI
Conexión de dos lámparas en paralelo, con dos interruptores de combinación y un
tomacorriente en paralelo a estos.
Esquema del montaje
Cuestiones
1.- ¿Cuál es la función qué realizan los interruptores?
3.- ¿Qué sucede si accionas los dos interruptores a la vez?
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111
Práctica VII
Crear un sistema de llenado de tanque, en el cual la bomba se encenderá, cuando el
tanque lo requiera y con la condición de que sea de noche.
Esquema del montaje
Cuestiones
1.- ¿Cuál es la función qué realizan cada uno de los componentes del sistema?
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112
Práctica VIII
Crear un sistema de llenado de tanque, en el cual la bomba se encenderá, cuando el
tanque lo requiera y con la condición de que sea de noche. En dicho sistema al llenarse el
tanque, deberá sonar una alarma avisando de este hecho.
Esquema del montaje
Cuestiones
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113
Práctica VII
Diseñar un sistema de alarma con los componentes anteriormente vistos.
Esquema del montaje
Cuestiones
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114
Sistemas
Neumáticos e
S
Hidráulicos
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115
Sistemas Neumáticos
Los sistemas neumáticos son sistemas que utilizan el aire u otro gas como medio para la
transmisión de señales y/o potencia. Dentro del campo de la neumática la tecnología se
ocupa, sobre todo, de la aplicación del aire comprimido en la automatización industrial
(ensamblado, empaquetado, etc.)
Los sistemas neumáticos se usan mucho en la automatización de máquinas y en el
campo de los controladores automáticos. Los circuitos neumáticos que convierten la
energía del aire comprimido en energía mecánica tienen un amplio campo de aplicación
(martillos y herramientas neumáticas, dedos de robots, etc.) por la velocidad de reacción
de los actuadores y por no necesitar un circuito de retorno del aire.
En los sistemas neumáticos, el movimiento del émbolo de los cilindros de los actuadores
es más rápido que en los mecanismos hidráulicos. (Por ejemplo, el taladro y el martillo
neumático, responden muy bien a las exigencias requeridas en estos casos).
Un circuito neumático básico puede representarse mediante el siguiente diagrama
funcional.
Los circuitos neumáticos utilizan aire sometido a presión como medio para transmitir
fuerza. Este aire se obtiene directamente de la atmósfera, se comprime y se prepara para
poder ser utilizado en los circuitos.
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116
[email protected]
117
Válvula 3/2
[email protected]
118
Válvula 5/2
Los actuadores neumáticos, dispositivos que convierten energía neumática en energía
mecánica, pueden ser de dos tipos: cilindro neumático (para movimientos lineales) y
motor neumático (para movimiento rotatorio continuo).
Válvulas neumáticas
Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de
mando y un aporte de trabajo. Los elementos de señalización y mando modulan las fases
de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas. Los sistemas neumáticos
e hidráulicos están constituidos por:
•
Elementos de información.
•
Órganos de mando.
•
Elementos de trabajo.
Para el tratamiento de la información de mando es preciso emplear aparatos que
controlen y dirijan el fluido de forma preestablecida, lo que obliga a disponer de una serie
de elementos que efectúen las funciones deseadas relativas al control y dirección del flujo
del aire comprimido.
En los principios de la automatización, los elementos rediseñados se mandan manual o
mecánicamente. Cuando por necesidades de trabajo se precisaba efectuar el mando a
distancia, se utilizan elementos de comando por símbolo neumático (cuervo).
Actualmente, además de los mandos manuales para la actuación de estos elementos, se
emplean para el comando procedimientos servo-neumáticos, electro-neumáticos y
[email protected]
119
automáticos que efectúan en su totalidad el tratamiento de la información y de la
amplificación de señales.
La gran evolución de la neumática y la hidráulica han hecho, a su vez, evolucionar los
procesos para el tratamiento y amplificación de señales, y por tanto, hoy en día se
dispone de una gama muy extensa de válvulas y distribuidores que nos permiten elegir el
sistema que mejor se adapte a las necesidades.
Hay veces que el comando se realiza manualmente, y otras nos obliga a recurrir a la
electricidad (para automatizar) por razones diversas, sobre todo cuando las distancias son
importantes y no existen circunstancias adversas.
Las válvulas en términos generales, tienen las siguientes misiones:
•
Distribuir el fluido
•
Regular caudal
•
Regular presión
Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la
dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por el compresor o
almacenado en un depósito.
Según su función las válvulas se subdividen en 5 grupos:
1.
Válvulas de vías o distribuidoras
2.
Válvulas de bloqueo
3.
Válvulas de presión
4.
Válvulas de caudal
5.
Válvulas de cierre
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120
Circuitos Hidráulicos
Hay dos tipos de circuitos neumáticos.
1.
Circuito de anillo cerrado: Aquel cuyo final de circuito vuelve al origen evitando
brincos por fluctuaciones y ofrecen mayor velocidad de recuperación ante las fugas, ya
que el flujo llega por dos lados.
2.
Circuito de anillo abierto: Aquel cuya distribución se forma por ramificaciones las
cuales no retornan al origen, es más económica esta instalación pero hace trabajar más a
los compresores cuando hay mucha demanda o fugas en el sistema.
Estos circuitos a su vez se pueden dividir en cuatro tipos de sub-sistemas neumáticos:
1.
Sistema manual
2.
Sistemas semiautomáticos
3.
Sistemas automáticos
4.
Sistemas lógicos
Sistemas Hidráulicos
Los fluidos, ya sean líquidos o gases son importantes medios para transmitir señales y/o
potencias, y tienen un amplio campo de aplicación en las estructuras productivas. Los
sistemas en el que el fluido puesto en juego es un líquido se llaman sistemas
hidráulicos. El líquido puede ser, agua, aceites, o substancias no oxidantes y lubricantes,
para evitar problemas de oxidación y facilitar el desplazamiento de las piezas en
movimiento.
Los sistemas hidráulicos tienen un amplio campo de aplicación, podemos mencionar,
además de la prensa hidráulica, el sistema hidráulico de accionamiento de los frenos,
elevadores hidráulicos, el gato hidráulico, los comandos de máquinas herramientas o de
los sistemas mecánicos de los aviones, etc., en estos casos el líquido es aceite. Estos
mecanismos constan de una bomba con pistón de diámetro relativamente pequeño, que
al trabajar genera una presión en el líquido, la que al actuar sobre un pistón de diámetro
mucho mayor produce una fuerza mayor que la aplicada al pistón chico, y que es la fuerza
utilizable.
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121
Los circuitos hidráulicos básicos están formados por cuatro componentes: un depósito
para guardar el fluido hidráulico, una bomba para forzar el fluido a través del circuito,
válvulas para controlar la presión del fluido y su flujo, y uno o más actuadores que
convierten la energía hidráulica en mecánica. Los actuadores realizan la función opuesta
a la de las bombas. El depósito, la bomba, las válvulas de control y los actuado-res son
dispositivos mecánicos.
En los circuitos hidráulicos el fluido es un líquido, que es capaz de transmitir presión a
lo largo de un circuito cerrado (En los circuitos hidráulicos el liquido retorna al depósito
después de realizar un trabajo).
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122
Este es un ejemplo de elevador hidráulico:
Ventajas y desventajas de los sistemas hidráulicos
Algunas ventajas:
• El fluido hidráulico actúa como lubricante y además puede transportar el calor generado
hacia un intercambiador.
• Los actuadores, aun pequeños, pueden desarrollar grandes fuerzas o pares.; operar en
forma continua sin dañarse; etc.
Algunas desventajas:
• La potencia hidráulica no es tan fácilmente disponible, en comparación con l potencia
eléctrica.
• El costo de un sistema hidráulico en general es mayor que el de un sistema eléctrico
semejante que cumpla la misma función; etc.
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123
Ampliación conceptual de sistemas Neumáticos e Hidráulicos
Introducción
Una de las aportaciones a la automatización de los procesos industriales más recientes lo
han supuesto la neumática y la hidráulica, que consisten en la aportación de presión
sobre un fluido (aire o un líquido, normalmente aceites especiales) y, a través de la
energía acumulada sobre ellos, efectuar un trabajo útil.
A tú alrededor puedes ver muchos ejemplos en los que se emplean sistemas
neumáticos o hidráulicos: las puertas de algunos autobuses y trenes se accionan
con aire comprimido, y algunos camiones, autobuses y otros vehículos grandes
tienen frenos accionados por aire comprimido, así como las atracciones de feria,
etc. Incluso se puede oír el aire que se está usando cuando estos
sistemas están
ejecutándose.
Autobús con puertas
accionadas
automáticamente
En la industria, los sistemas neumáticos tienen muchas aplicaciones. Hoy se emplean
muchas herramientas de ese tipo, incluidas el taladro del dentista, y la muy conocida (y
ruidosa) perforadora neumática, maquinas para ajustar las tuercas de las ruedas, etc.
Destornillador
neumático
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124
Maquina neumática para ajustar las
tuercas de las ruedas
Perforadora
neumática
Los sistemas neumáticos e hidráulicos tienen los mismos elementos que cualquier otro
tipo de circuito, como por ejemplo los eléctricos.
En estos, la pila suministra la energía, que es conducida por los cables, y controlada por
los interruptores hasta llegar al elemento receptor o consumidor.
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125
En el siguiente cuadro puedes ver la equivalencia entre los elementos de un circuito
eléctrico y uno neumático o hidráulico.
El circuito neumático
Los circuitos neumáticos están formados por una serie de elementos que tienen por misión la
creación de aire comprimido, su distribución y control para efectuar un trabajo útil por medio de
unos elementos actuadores llamados «cilindros». Como acabamos de decir, el elemento
fundamental es el aire comprimido, que acumula energía en la compresión y
la libera para efectuar trabajo. El aire empleado está tomado de la atmósfera, pero, antes
de su uso, es preciso aumentar la presión por medio los compresores y acondicionarlo.
Los compresores
Tiene por misión tomar aire de la atmósfera y acumular energía en forma de
presión
sobre
él
para
convertirla
con
posterioridad
en
energía
útil
como
consecuencia de la expansión de ese aire.
Compresor
y deposito
El sistema está formado por un motor, alimentado normalmente por electricidad, o
combustibles líquidos (Nafta o Gasoil), según el tipo de motor que acciona el compresor, y
[email protected]
126
dependiendo del sistema utilizado para comprimir el aire, los compresores pueden ser
rotativos y alternos. La utilización de un tipo u otro depende de las necesidades de caudal
y presión requeridas por la instalación.
Al igual que en los circuitos eléctricos, en neumática se utiliza una serie de símbolos para
simplificar su representación y los compresores se identifican como puedes ver en la
siguiente ilustración.
Compresores Rotativos
El eje del motor está acoplado a un elemento giratorio que provoca la compresión de un
determinado volumen de aire de forma intermitente. Según el elemento giratorio, pueden
ser de paletas o de husillo. En los primeros, la compresión se efectúa como consecuencia
de la disminución de volumen provocada por el giro de una excéntrica provista de paletas
radiales extensibles que se ajustan sobre el cuerpo del compresor, según se aprecia en la
figura. Son compresores que suministran un caudal discontinuo a presiones medias.
Los compresores de husillo, también llamados Roots, emplean un doble husillo de forma
que toman el aire de la zona de aspiración y comprimido al reducirse el volumen de la
cámara creada entre ellos y el cuerpo del compresor, según se observa en la figura. El
suministro de aire es intermitente, como los anteriores, pero la presión es mucho
mayor,
aunque,
debido
al
elevado
coste
de
este
sistema,
su
utilización
está muy restringida.
Compresor
rotativo
de paletas
[email protected]
127
Compresor
Rotativo
Roots
Compresores Alternos
Este tipo de compresores tiene un sistema de funcionamiento muy similar al de los
motores de explosión interna. Disponen de uno o varios émbolos acoplados a un
mecanismo de biela y manivela accionado éste por medio de un motor eléctrico o de
explosión. En la culata del compresor se disponen de las válvulas de admisión y escape
del aire que, al igual que los motores, están sincronizadas por un sistema de levas y
seguidor. El aire entra en la cámara de compresión en la «carrera de ida» estando la
válvula de admisión abierta y la de escape cerrada. Cuando el émbolo inicia la «carrera
de vuelta», las válvulas de admisión se cierran, mientras que las de escape se abren para
permitir la salida del aire comprimido. En la ilustración puedes observar una secuencia del
funcionamiento. Este tipo de compresor suministra un caudal discontinuo, pero, como
contrapartida, las presiones son elevadas, pudiéndose lograr mayores cifras situando los
compresores en serie y procediendo al enfriamiento del aire comprimido entre dos fases
de compresión.
Secuencia de un compresor
de embolo
[email protected]
128
La unidad de mantenimiento
La primera operación que se efectúa con el aire, es pasarlo por un filtro para eliminar las
posibles impurezas solidas que puedan arrastrar y con ello dañar el ajuste entre las
diferentes piezas (Válvulas, cilindros, etc.). Posteriormente, el aire pasa por un regulador
de presión (se verá a continuación) para controlar que esta no sea superior a la necesaria
en la instalación. Por último, el aire pasa por un lubricador cuya misión es que este
adquiera una determinada cantidad de aceite lubricante para disminuir el rozamiento entre
los diferentes elementos móviles del circuito.
Al conjunto formado por estos elementos, incluido el manómetro que suelen llevar para
controlar la presión de salida, se lo denomina unidad de mantenimiento y en las siguientes
ilustraciones puedes observar una fotografía de la unidad, su simbología, y la abreviada,
que usaras cuando representes gráficamente los circuitos.
Las tuberías
Son las encargadas de transportar el aire comprimido por toda la instalación y se
construyen con acero, latón o cobre para las de mayor diámetro y de nailon, caucho
reforzado o poliuretano para las de menor. Al igual que en los circuitos eléctricos, se
representan por medio de líneas continuas. En la ilustración puedes ver la representación
de una derivación y de un cruce de tuberías.
[email protected]
129
Elementos Actuadores
Cilindros
Son los elementos que reciben el aire a presión y efectúan el trabajo útil. Están formados
por un cuerpo cilíndrico hueco por el que se puede desplazar un émbolo unido a un
vástago; en los extremos va provisto de sendas tapas con los orificios de entrada y salida
del aire a presión.
El émbolo divide el cuerpo en dos cámaras: la anterior y la posterior, que es donde se
encuentra el vástago.
Dependiendo de por dónde entre el aire a la cámara, así se desplazará el émbolo en una
dirección u otra. Según el esquema que veras a continuación, si el aire entra por la
[email protected]
130
izquierda, el émbolo se desplazará hacia la derecha, efectuando la carrera de avance. Si
el aire entra por el orificio de la derecha, se desplazará hacia el lado contrario, haciendo la
carrera de retroceso.
Aunque en el mercado existe gran variedad de émbolos, los más importantes son los
denominados de simple efecto y de doble efecto. Vamos a ver cómo son.
Cilindros de doble efecto
En el cilindro que hemos visto anteriormente avanza o retrocede en función de la forma de
entrar el aire comprimido en su cámara y puede hacer trabajo útil en las dos direcciones;
ésta es la razón por la que se le llama cilindro de doble efecto. La forma de
representarlo simbólicamente es la siguiente:
[email protected]
131
Cilindros de simple efecto
Cuando entra el aire comprimido hacia la cámara anterior, se efectúa la carrera de
avance, pero la de retroceso se produce como consecuencia de un muelle instalado en el
interior del cuerpo del cilindro.
Los cilindros de simple efecto se representan como puedes ver en la figura siguiente:
La fuerza de un cilindro
Una de las cuestiones más importantes de los circuitos neumáticos es comprobar la
fuerza que es capaz de efectuar el vástago de un cilindro. Para ello debes tener en cuenta
lo siguiente:
Como el área sobre la que actúa el aire comprimido es el embolo y su sección es
normalmente circular, si llamamos R al radio de este, podemos decir que la fuerza que
ejerce el vástago del cilindro es:
[email protected]
132
De esta expresión podemos deducir que obtendremos mayor fuerza cuanto mayor sea la
presión y el radio del émbolo.
Esto que acabamos de ver es cierto cuando el aire comprimido entra hacia la cámara
anterior, pero, en el caso de los cilindros de doble efecto y cuando el aire penetra hacia la
cámara posterior, no se cumple, ya que el área sobre la que actúa el aire es menor al
tener que deducir la dedicada al vástago.
En la carrera de retroceso de los cilindros de doble efecto, llamando “r” al radio del
vástago, debemos aplicar la siguiente expresión:
Ejemplo:
Vamos a suponer que tenemos un compresor que suministra aire comprimido a una
presión de 5 kg/cm2 y que alimenta un cilindro de doble efecto en el que los diámetros
son de 3 cm en el embolo y 1 cm en el vástago. La fuerza que desarrolla en las dos
carreras será:
Carrera de avance:
F= 5 x π x 32 = 141,3 Kp
Carrera de retroceso: F= 5 x π x (32 x 12) = 125,6 Kp
[email protected]
133
Los elementos de control
Son la parte más importante de los circuitos neumáticos. Se conocen con el nombre
genérico de válvulas y se pueden dividir en dos grandes grupos: Las válvulas de
accionamiento y las válvulas de regulación.
Válvulas de accionamiento
Estas válvulas, son las que regulan el aire, que entra directamente en las cámaras y,
dependiendo del tipo de cilindro a gobernar, así se emplean unas u otras.
Aunque existen gran variedad de ellas, únicamente estudiaremos las más importantes y
dejaremos para años posteriores su profundización.
Los parámetros fundamentales para definir las válvulas de accionamiento son:
A) El número de orificios llamados vías, por donde puede entrar o salir el aire.
B) El numero de posiciones que puede adoptar.
C) El tipo de mando que la acciona.
Si decimos “Válvula 3/2, manual por palanca” significa que la válvula, dispone de tres
vías, puede tomar dos posiciones y esta accionada manualmente por medio de una
palanca.
La representación esquemática de las válvulas entraña cierta dificultad, por lo que iremos
haciéndolo poco a poco. La forma de mostrar las vías y las posiciones las puedes ver en
la siguiente ilustración.
Como puedes deducir en el análisis de esta figura, cada posición que tome la válvula se
representa por un cuadro, mientras que las vías lo hacen por medio de trazos. Observa
también que únicamente se representan las vías en una e las posiciones.
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134
En el interior de cada cuadro se señala la dirección, por medio de una flecha, que tiene el
aire comprimido por dentro de la válvula, o si la vía esta obturada. En la ilustración
siguiente puedes ver un ejemplo de cómo se representa una vía en la que el aire circula
de abajo hacia arriba y de otra obturada.
En la siguiente figura se ha invertido la dirección y, ahora, la vía obturada es la que
anteriormente era de entrada.
Los accionamientos
Los accionamientos se representan en los laterales derecho e izquierdo del cuerpo de la
válvula y, aunque hay muchos tipos, con los de la siguiente figura se pueden hacer
multitud de circuitos.
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135
En la siguiente figura puedes ver el esquema completo de una válvula 3/2 accionada
manualmente por botón y retorno por muelle.
Por último en la siguiente ilustración puedes ver los símbolos que se emplean para
representar la toma de presión y el escape del aire comprimido.
En la siguiente figura puedes ver una válvula 3/2, seccionada para que observes su
funcionamiento:
Dependiendo de la posición en reposo en que se encuentre la válvula, las de tres vías
pueden ser “normalmente Abiertas” (NA) o “Normalmente Cerradas” (NC). En las
[email protected]
136
primeras (NA), se debe interpretar que en la posición inicial, el aire comprimido está
pasando hacia el cilindro, mientras que en las (NC) está bloqueada la entrada.
Válvulas de regulación
Son las válvulas que se encargan de regular el flujo del aire comprimido que circula por
todo el circuito. Las más importantes son las válvulas reguladoras de presión y flujo.
Válvulas reguladoras
A) Válvulas limitadoras de presión: Se suelen situar en los depocitos de los
compresores o en determinadas partes del circuito con el fin de que nunca exceda
de una presión determinada con anterioridad.
Si la válvula va asociada a un interruptor que corta la corriente del motor del
compresor se denomina presostato.
B) Válvulas de presión: Se encargan de regular la presión de salida del compresor o
de alguna parte del circuito a la de trabajo.
Válvulas de regulación de flujo
Se utilizan para controlar la cantidad de aire a presión que circula por la tubería que llega
al cilindro y, por lo tanto, también la velocidad de salida o de entrada de éste.
Pueden ser bidireccionales o unidireccionales. Las primeras regulan el flujo del aire en las
dos direcciones y están formadas por un tornillo que estrangula la sección del tubo. Su
esquema y simbología las puedes ver en la siguiente ilustración.
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137
Las válvulas de regulación de flujo unidireccionales únicamente regulan la circulación del
aire en un sentido, dejando libre el contrario. En el siguiente dibujo puedes ver un
esquema de esta válvula y su símbolo.
Válvulas lógicas
Cumplen las mismas misiones que las puertas lógicas. Las más importantes son:
A) Válvula “O”. También llamada selectora o de doble efecto. Se utiliza cuando se
debe accionar un cilindro desde dos posiciones, de forma indistinta. En el siguiente
esquema se puede ver su representación simbólica y su funcionamiento interior:
Al entrar el aire por “X”, el pistón flotante se desplaza hacia la derecha y bloquea
la entrada “Y” obligando a salir el aire por “A”.
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138
La secuencia de funcionamiento es la siguiente: Cuando se pulsa sobre el botón de la
válvula 1.1, el cilindro inicia la carrera activa y cuando deja de pulsarse, la válvula vuelve
a la posición de reposo y el cilindro retrocede. El cilindro hace la misma función cuando se
pulsa sobre la válvula 1.2.
B) Válvula “Y”. También llamada de simultaneidad. Se utiliza cuando un cilindro es
accionado entre dos puntos diferentes al mismo tiempo. Se suele usar como
sistema de seguridad para evitar que los operarios se atrapen las manos por una
mala manipulación. En la ilustración puedes ver su funcionamiento y simbología.
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139
Si el aire comprimido entra únicamente por la vía “X”, el pistón deslizante se desplaza a
la derecha y obtura la entrada. De la misma forma, si el aire entra por “Y”, el pistón se
desplaza a la izquierda y también tapa la entrada. La única forma de que el aire salga por
la vía “A” es que exista presión a ambos lados del pistón y este se situé en una posición
intermedia.
El mismo efecto se puede lograr poniendo dos válvulas en serie como en la siguiente
ilustración. Si lo analizas, el efecto es el mismo.
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140
Los circuitos neumáticos
En el aula taller, los sistemas neumáticos nos pueden ofrecer una multitud de soluciones
útiles en la construcción de dispositivos. Veamos algunos ejemplos:
Circuito para accionar un cilindro de simple efecto.
Para comenzar el estudio de circuitos neumáticos, tomemos un ejemplo muy sencillo. En
el dibujo puedes ver a una alumna que ha construido un circuito neumático en una
maqueta que simula una maquina de estampado.
El circuito está formado por un cilindro de simple efecto gobernado por una válvula 3/2.
Cuando se pulsa el botón de la válvula, esta deja pasar el aire comprimido desde “P”
hacia el cilindro por la vía “A” y se inicia la carrera de avance. En la ilustración puedes
ver cómo funciona el conjunto.
En el momento que se deja de pulsar el botón de la válvula 3/2, el muelle recupera la
posición inicial, provocando el escape de aire desde la vía “A” hacia el exterior por “R”.
En la siguiente ilustración puedes ver el esquema simbólico del circuito en las dos
posiciones, en reposo y con el botón pulsado.
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141
Si montaste algún circuito neumático, con el kit educativo montado en el aula taller, te
abras dado cuenta que a pesar de ser un material específicamente dedicado a la
enseñanza, la fuerza que ejerce el cilindro es suficiente para poder causar una lección. La
maqueta de la compactadora se ha perfeccionado montando otra válvula 3/2 en serie,
con accionamiento por rodillo, formando una puerta “Y“ con el fin de que, cuando el
cilindro efectué la carrera activa, sea preciso pulsar con una mano el botón de
accionamiento, y con la otra, cerrar la jaula de protección.
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142
Circuito para accionar un cilindro de doble efecto
Los circuitos estudiados hasta ahora, funcionan con válvulas 3/2 y gobiernan cilindros de
simple efecto. Cara construir circuitos con cilindros de doble efecto, es preciso emplear
válvulas 5/2, esto es, de cinco vías y dos posiciones. En la imagen que esta a
continuación puedes ver el esquema de montaje.
El funcionamiento del circuito es el siguiente: Cuando el aire comprimido entra a la 5/2
por “P”, lo atraviesa y sale por “B” hacia la cámara posterior, mientras que la anterior
está vacía. Cuando se activa el botón, la válvula cambia el sentido de alimentación y el
aire ahora pasa desde “P” a “A”, dirigiéndolo hacia la cámara anterior; la cámara
posterior se vacía por “B” hacia “R”. En la siguiente ilustración puedes ver el movimiento
dentro de 5/2 y la circulación de aire.
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143
Mando de un cilindro se simple efecto por electroválvula 3/2
Una electroválvula es una válvula que se acciona por medio de un electroimán, de gorma
que, cuando se activa un interruptor, la corriente pasa por una bobina que atrae un núcleo
y mueve el distribuidor. En las figuras siguientes se muestran un esquema de la válvula y
un cilindro.
Regulación de la velocidad de salida del vástago del cilindro
En ocasiones resulta necesario disminuir la velocidad de salida del vástago del cilindro si
se quieren efectuar determinadas operaciones. Para ello es suficiente con intercalar una
válvula de regulación de flujo unidireccional en el tubo de alimentación del cilindro.
En la siguiente figura puedes ver una aplicación en un cilindro de simple efecto.
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144
También se puede hacer lo mismo con los cilindros de doble efecto. En este caso se
deberán colocar sendas válvulas de regulación unidireccional de flujo en las dos tuberías
de alimentación del cilindro. En el circuito de la siguiente figura puedes observar cómo se
regula la velocidad de salida en la carrera activa y en el retroceso.
Ejemplo de aplicación
Como aplicación de este circuito vamos a diseñar un mecanismo para recoger objetos del
suelo, levantarlos y volverlos a dejar cuando sea necesario. La secuencia seria la
siguiente:
El circuito neumático se representa más a continuación. Cuando pulsamos la válvula, los
cilindros comienzan la carrera activa, pero en el de la derecha se ha puesto una válvula
unidireccional de regulación de flujo, por lo que se desplazará a menor velocidad. El
cilindro de la izquierda llegara primero al final, situándose frente a la bola y la introduce en
el soporte.
La carrera de retroceso la efectúan los dos cilindros a la vez al no estar regulados.
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Pilotaje neumático de un cilindro de doble efecto
La presión de trabajo de los circuitos neumáticos empleados en la industria puede llegar a
ser muy elevada y, si algún tubo no está bien insertado en la vía, puede desencajarse y
empezar a dar latigazos, produciendo lecciones a las personas cercanas a la instalación.
Para evitar este riesgo, es frecuente recurrir a dos circuitos de aire diferente, uno de alta
presión para el funcionamiento de los cilindros y otro, de menor presión, para el control de
las válvulas de trabajo.
El siguiente circuito que vamos a analizar está formado por un cilindro de doble efecto,
gobernado por una válvula 5/2 neumática, que es alimentado por una tubería de alta
presión, que a su vez, esta piloteada por una válvula 3/2 “NC” de botón. Su esquema
seria:
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Las válvulas de accionamiento neumático disponen en sus cabeceras de un émbolo por
donde se introduce el aire a presión y hace desplazarse el elemento móvil de la válvula.
En la página siguiente puedes ver un esquema sobre cómo son las válvulas 3/2 y 5/2
pilotadas neumáticamente.
Este circuito se ha construido con una válvula 5/2 de pilotaje neumático y retorno por
muelle, pero, si se desea hacerla con dos pilotajes neumáticos, se procederá como en la
siguiente ilustración.
Circuitos con válvulas 3/2
Para algunas aplicaciones, es necesario emplear una válvula que funcione a presiones
muy bajas para enviar una señal. La válvula accionada por diafragma está diseñada para
hacerlo.
Como recordaras
Fuerza = presión x área
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Por tanto, si la presión que acciona la válvula es muy baja, entonces, para suministrar la
fuerza suficiente que accione el elemento móvil, el área sobre la que actúa la señal de
aire tiene que ser grande, mayor que la de una válvula de pilotaje neumático normal.
La válvula de diafragma dispone, en vez de émbolo, de un diafragma de caucho de gran
tamaño para multiplicar la fuerza que recibe de una pequeña presión. En el siguiente
dibujo puedes ver un esquema de la sección de la válvula.
Ejemplo de aplicación de la válvula accionada por diafragma
En los dibujos puedes ver una aplicación de la válvula accionada por diafragma. Es un
sistema empleado en algunos garajes para indicar al encargado que un vehículo a
entrado en el lugar.
Desde la unidad de mantenimiento se emite un
flujo de aire que se deriva en dos direcciones: Por
un lado, a la válvula 3/2 de diafragma y, por otro
pasando por una válvula de regulación de flujo
unidireccional, al pilotaje del diafragma, mientras
que por un tubo una pequeña porción sale a la
atmosfera. En estas condiciones la presión de
aire que llega al diafragma es muy pequeña y la
válvula esta en reposo.
Cuando un coche pisa sobre el tubo cuyo aire
sale a la atmosfera, interrumpe su paso y eleva la
presión de la tubería, lográndose una cantidad
suficiente como para que el diafragma se
expansione y active la válvula 3/2. El cilindro
comienza la carrera de avance y choca con la
campana, avisando a los operarios la presencia
del vehículo.
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Circuitos con final de carrera
En ocasiones puede interesarnos que el vástago de un cilindro efectué una carrera de
retorno de forma automática. En las siguientes imágenes puedes ver el esquema del
circuito.
El cilindro en reposo se correspondería con la siguiente imagen:
Cuando pulsamos el botón de la válvula 3/2, se activa la 5/2 del pilotaje neumático y el
cilindro comienza su carrera activa, como se aprecia a continuación:
En el momento en que el vástago del cilindro choca contra el rodillo de la válvula “final de
carrera” esta se activa y envía una señal a la 5/2, cambiando y provocando la carrera de
retroceso del vástago, como puedes observar a continuación:
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149
El circuito queda preparado para una nueva acción.
Ejemplo de proyecto
Vamos a suponer que tenemos un sistema formado por dos cintas transportadoras que
forman un ángulo de 90° entre ellas y, por la prime ra llegan cajas que hay que reenviar
hacia la segunda cinta.
Como vemos en la figura las cajas son
presionadas por un cilindro de doble efecto,
pilotado por una válvula 5/2 neumática.
Cuando una caja llega al final de la primera
cinta, se pulsa el botón de la 3/2, de botón
muelle, y el cilindro comienza la carrera de
avance, llevando la caja a la segunda cinta.
Cuando la caja llega al lugar adecuado,
choca con el final de carrera, que no es otra
cosa que la válvula 3/2 accionada por rodillo
y retorno por muelle, que envía una señal a
la 5/2 para iniciar automáticamente la
carrera de retroceso del vástago del cilindro.
De esta manera el cilindro queda preparado
para recibir la nueva caja.
Circuitos neumáticos automáticos
El ejemplo que hemos visto anteriormente requiere un control por parte del operario, lo
que puede resultar lento, inseguro y pesado. Para solucionar este inconveniente,
podemos hacer la secuencia de salida y entrada del vástago del cilindro de forma
automática.
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150
El circuito está formado:
•
Cilindro de doble efecto.
•
Válvula 5/2 neumática, que gobierna al cilindro.
•
Dos válvulas 3/2, rodillo – muelle (Final de carrera), culas salidas se conectan al
pilotaje de la 5/2.
•
Una válvula 3/2 de palanca para poner en marcha el circuito.
El circuito en reposo se encuentra en la figura “a”.
Cuando se activa la palanca de la 3/2, el vástago
del cilindro comienza una figura de retroceso
(Figura “b”), hasta chocar con el final de carrera de
la izquierda. En estos momentos, envía una señal a
la 5/2, cambia el elemento móvil y se inicia la
carrera de avance (Figura “c”). El vástago avanza
hasta chocar con el final de carrera de la derecha,
activándolo y enviando este una nueva señal a la
5/2, que vuelve a cambiar (Figura “d”). Este siclo se
repetirá mientras este activada la palanca de la 3/2.
Circuitos con temporizadores
En muchas ocasiones es preciso retrasar un efecto después de haber activado una
válvula y, para solucionarlo se usan los sistemas de temporización. Constan de un
pequeño depósito donde van acumulando aire comprimido y al llegar a una determinada
presión, activan una válvula.
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151
La temporización que se logra con este dispositivo no suele exceder de 20 segundos,
aunque en muchas ocasiones este tiempo
es más que suficiente. Si fuese preciso
obtener más tiempo se deberían diseñar sistemas eléctricos.
El esquema del sistema temporizador es el que puedes ver en la ilustración.
Cuando entra presión por la válvula de regulación de flujo, esta lo envía hasta el depósito,
que la va acumulando hasta que, al llegar a un determinado valor, se abre y activa la
válvula 3/2.
En la siguiente ilustración puedes ver una secuencia de su funcionamiento, montado en
un circuito que retarda la carrera de retroceso del vástago del cilindro cuando este choca
con el final de carrera.
En “a” el circuito está parado y cuando se pulsa la
válvula 3/2, el vástago inicia la carrera activa, hasta que
choca con el final de carrera “b”. En ese instante, el
final de carrera cambia de posición y comienza a enviar
una señal a la válvula 5/2, pero en su recorrido se a
colocado una válvula de regulación de flujo, por lo que
la cantidad de aire comprimido que envía es pequeña y
se comienza a llenar el depósito. Transcurrido cierto
tiempo el depósito adquiere la presión adecuada y
envía la señal a la 5/2 para que se inicie el ciclo.
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152
Ejemplo de proyecto de circuito temporizado
En la siguiente ilustración se puede ver a un operario que está trabajando en una maquina
neumática para fabricar protectores de manteles (Posa pavas) los cuales cumplirán la
función de proteger los manteles de elementos cuya temperatura los podrían dañar
(Pavas, ollas, fuentes, teteras, etc.). Los mismos están formados por una base de madera
y sobre ella, tienen adherido un acabado plástico.
La primera operación será poner la
madera debajo del pistón, untar la cola de
unión y después poner el acabado
plástico. Ahora activa la válvula 3/2 y el
cilindro inicia la carrera activa hasta
chocar contra la base, donde se
encuentra el final de carrera. El sistema
temporizador retarda el tiempo suficiente
para que la cola de contacto empiece a
adherir los materiales.
Campos de aplicación de la neumática y la hidráulica.
En la actualidad las aplicaciones de la oleo hidráulica y neumática son muy variadas, esta
amplitud en los usos se debe principalmente al diseño y fabricación de elementos de
mayor precisión y con materiales de mejor calidad, acompañado además de estudios mas
acabados de las materias y principios que rigen la hidráulica y neumática. Todo lo anterior
se ha visto reflejado en equipos que permiten trabajos cada vez con mayor precisión y
con mayores niveles de energía, lo que sin duda ha permitido un creciente desarrollo de la
industria en general.
Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos, móviles e industriales:
Aplicaciones Móviles
El empleo de la energía proporcionada por el aire y aceite a presión, puede aplicarse para
transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsar
vehículos móviles tales como:
•
Tractores
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153
•
Grúas
•
Retroexcavadoras
•
Camiones recolectores de basura
•
Cargadores frontales
•
Frenos y suspensiones de camiones
•
Vehículos para la construcción y manutención de carreteras
•
Etc.
Aplicaciones Industriales
En la industria, es de primera importancia contar con maquinaria especializada para
controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la línea de
producción, para estos efectos se utiliza con regularidad la energía proporcionada por
fluidos comprimidos. Se tiene entre otros:
•
Maquinaria para la industria plástica
•
Máquinas herramientas
•
Maquinaria para la elaboración de alimentos
•
Equipamiento para robótica y manipulación automatizada
•
Equipo para montaje industrial
•
Maquinaria para la minería
•
Maquinaria para la industria siderúrgica
•
Etc.
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154
Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios de vehículos automotores, como
automóviles, aplicaciones aeroespaciales y aplicaciones navales, por otro lado se pueden
tener aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas aquellas áreas en
que se requiere movimientos muy controlados y de alta precisión, así se tiene:
Aplicación automotriz: Suspensión, frenos, dirección, refrigeración, etc.
Aplicación Aeronáutica: Timones, alerones, trenes de aterrizaje, frenos, simuladores,
equipos de mantenimiento aeronáutico, etc.
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Aplicación Naval: Timón, mecanismos de transmisión, sistemas de mandos, sistemas
especializados de embarcaciones o buques militares.
Medicina: Instrumental quirúrgico, mesas de operaciones, camas de hospital, sillas e
instrumental odontológico, etc.
La hidráulica y neumática tienen aplicaciones tan variadas, que pueden ser empleadas
incluso en controles escénicos (teatro), cinematografía, parques de entretenciones,
represas, puentes levadizos, plataformas de perforación submarina, ascensores, mesas
de levante de automóviles, etc.
Ventajas y desventajas de la hidráulica y neumática
Los sistemas de transmisión de energía oleo hidráulicos y neumáticos son una garantía
de seguridad, calidad y fiabilidad a la vez que reducen costos.
La Seguridad es de vital importancia en la navegación aérea y espacial, en la producción
y funcionamiento de vehículos, en la minería y en la fabricación de productos frágiles. Por
[email protected]
156
ejemplo, los sistemas oleo hidráulicos y neumáticos se utilizan para asistir la dirección y el
frenado de coches, camiones y autobuses. Los sistemas de control oleo hidráulico y el
tren de aterrizaje son los responsables de la seguridad en el despegue, aterrizaje y vuelo
de aviones y naves espaciales. Los rápidos avances realizados por la minería y
construcción de túneles son el resultado de la aplicación de modernos sistemas oleo
hidráulicos y neumáticos.
La Fiabilidad y la Precisión son necesarias en una amplia gama de aplicaciones
industriales en las que los usuarios exigen cada vez más una mayor calidad. Los sistemas
oleo hidráulicos y neumáticos utilizados en la manipulación, sistemas de fijación y robots
de soldadura aseguran un rendimiento y una productividad elevados, por ejemplo, en la
fabricación de automóviles.
En relación con la industria del plástico, la combinación de la oleo hidráulica, la neumática
y la electrónica hacen posible que la producción esté completamente automatizada,
ofreciendo un nivel de calidad constante con un elevado grado de precisión.
Los sistemas neumáticos juegan un papel clave en aquellos procesos en los que la
higiene y la precisión son de suma importancia, como es el caso de las instalaciones de la
industria farmacéutica y alimenticia, entre otras.
La Reducción en el costo es un factor vital a la hora de asegurar la competitividad de un
país industrial.
La tecnología moderna debe ser rentable y la respuesta se encuentra en los sistemas
oleo hidráulicos y neumáticos. Entre otros ejemplos, cabe citar el uso generalizado de
estos sistemas en la industria de carretillas elevadoras controladas hidráulicamente, las
máquinas herramientas de alta tecnología, así como los equipos de fabricación para
procesos de producción automatizada, las modernas excavadoras, las máquinas de
construcción y obras públicas y la maquinaria agrícola.
Con respecto a la manipulación de materiales y para citar unos ejemplos, los sistemas
oleo hidráulicos permiten que una sola persona pueda trasladar, fácil y rápidamente,
grandes cantidades de arena o de carbón.
Ventajas de la Neumática
El aire es de fácil captación y abunda en la tierra
El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas.
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157
Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente altas y fácilmente
regulables
El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de ariete.
Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o que dañen los equipos en forma
permanente.
Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa.
Energía limpia
Cambios instantáneos de sentido
Desventajas de la neumática
En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables
Requiere de instalaciones especiales para recuperar el aire previamente empleado
Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas
Altos niveles de ruido generado por la descarga del aire hacia la atmósfera
Ventajas de la Oleo hidráulica
Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o mementos de giro
El aceite empleado en el sistema es fácilmente recuperable
Velocidad de actuación fácilmente controlable
Instalaciones compactas
Protección simple contra sobrecargas
Cambios rápidos de sentido
Desventajas de la Oleo hidráulica
El fluido es más caro.
Perdidas de carga.
Personal especializado para la manutención.
Fluido muy sensible a la contaminación.
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158
Motores neumáticos
[email protected]
159
Ejemplos de actividades en sistemas Neumáticos:
A) Mando de un cilindro de simple efecto
Cuando el cilindro
(1.0) no tiene
alimentación de aire
se mantiene cerrado
por la acción del
resorte.
Accionando la válvula 3/2 (1.1),
se extiende el cilindro de
simple efecto (1.0).
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160
Al desenclavar la válvula 3/2 (1.1) el
aire comprimido en el cilindro (1.0)
se conecta con la atmosfera a
través del silenciador, retrayéndose
el cilindro por la acción del resorte.
B) Regulación de la velocidad de un cilindro de simple efecto al avance.
Para la regulación de la velocidad
de avance se intercala entre la
válvula direccional y el cilindro
una válvula reguladora de caudal
(1.02). La válvula tiene una “vía
libre” aunque sólo en un sentido
(en este caso sólo puede pasar
por esta “vía libre” el aire cuando
sale del cilindro ya que existe
una válvula de retención en esa
vía que sólo permite la
circulación en un sentido)
[email protected]
161
Cuando el aire circula hacia el
cilindro se ve obligado a pasar
por esta regulación pudiéndose
controlar así el tiempo de llenado
y por ende la velocidad de
avance del cilindro.
C) Regulación de la velocidad de un cilindro de simple efecto al retroceso.
Para la regulación de la velocidad
de avance se intercala entre la
una válvula reguladora de caudal
(1.02).
[email protected]
162
La válvula tiene una “vía
libre” aunque sólo en un
sentido (en este caso sólo
puede pasar por esta “vía
libre” el aire cuando entra al
cilindro ya que existe una
válvula de retención en esa
vía que sólo permite la
circulación en un sentido)
Cuando el aire sale del cilindro
se ve obligado a pasar por esta
regulación pudiéndose controlar
así el tiempo de vaciado y por
ende la velocidad de retroceso
del cilindro.
[email protected]
163
D) Regulación de la velocidad de un cilindro de simple efecto al avance y al retroceso
(por separado).
Para la regulación de las
velocidades de avance y
retroceso de un cilindro de
simple efecto deben
conectarse dos válvulas
reguladoras de caudal entre la
(1.02 y 1.03). Las válvulas
deben conectarse en una en
sentido opuesto a la siguiente.
Cuando el aire circula hacia
el cilindro puede pasar a
través de la “vía rápida” de
la válvula 1.02 y por la
regulación de la válvula
1.03, controlándose así el
tiempo de llenado y por
ende la velocidad de avance
del cilindro.
[email protected]
164
Cuando el aire circula desde
el cilindro puede pasar a
través de la “vía rápida” de
la válvula 1.03 y por la
regulación de la válvula 1.02,
controlándose así el tiempo
de vaciado y por ende la
velocidad de retroceso del
cilindro.
E) Mando de un cilindro de simple efecto desde dos puntos con un selector de circuito.
El selector de circuito o
válvula “o” (1.6) es una
válvula con dos entradas y
una salida que permite
controlar un actuador desde
dos mandos (válvulas
direccionales 1.2 o 1.3).
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165
Al accionar la válvula
direccional 1.2 en la válvula
“o” 1.6 se conectan la
entrada X con la salida A
obturándose la conexión Y,
permitiéndose de esta
manera la apertura del
cilindro 1.0
Al desactivarse la válvula
direccional 1.2 en la
válvula “o” 1.6
permanecen conectadas
la entrada X con la salida
A obturándose la
conexión Y, permitiéndose
de esta manera el cierre
del cilindro 1.0
[email protected]
166
Al accionar la válvula
válvula “o” 1.6 se
conectan la entrada Y con
la salida A obturándose la
conexión X, permitiéndose
de esta manera la apertura
del cilindro 1.0
Al desactivarse la válvula
válvula “o” 1.6
permanecen conectadas
la entrada Y con la salida
A obturándose la
conexión Y, permitiéndose
de esta manera el cierre
del cilindro 1.0
[email protected]
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F) Mando de un cilindro de doble efecto I
Cuando la válvula direccional
4/2 (1.1) está en reposo el aire
circula pasando del conector
P al B y de ahí al cilindro (1.0)
que se mantiene retraído ya
que su otra cámara está
conectada a la atmosfera
(conexión A R).
4/2 (1.1) se acciona el aire
P al A y de ahí al cilindro (1.0)
que comienza a extenderse
ya que su otra cámara está
(conexión B R).
[email protected]
168
Mientras la válvula
direccional 4/2 (1.1) se queda
enclavada el aire circula
pasando del conector P al A y
de ahí al cilindro (1.0) que
queda abierto ya que su otra
cámara está conectada a la
atmosfera (conexión B R).
Al desenclavar la válvula (1.1) el
cilindro (1.0) se cierra volviendo a
la posición inicial
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169
G) Mando de un cilindro de doble efecto II
P al B y de ahí al cilindro (1.0)
(conexión A R).
P al A y de ahí al cilindro (1.0)
(conexión B R).
[email protected]
170
Al desenclavar la válvula (1.1) el
cilindro (1.0) se cierra volviendo a
la posición inicial
H) Regulación de la velocidad de un cilindro de doble efecto I
Si se colocan válvulas
reguladoras de caudal en los
escapes de la válvula
direccional 5/2 (1.1) cuando el
aire sale del cilindro por el
escape R su caudal se regula,
regulando de esta manera la
velocidad de cierre del cilindro.
[email protected]
171
Si se colocan válvulas
reguladoras de caudal en los
escapes de la válvula
direccional 5/2 (1.1) cuando el
aire sale del cilindro por el
escape S su caudal se regula,
regulando de esta manera la
velocidad de apertura del
cilindro.
I) Regulación de la velocidad de un cilindro de doble efecto II
Para la regulación de velocidad de
apertura y cierre del cilindro de
doble efecto (1.0), se intercalan
dos válvulas reguladoras con “vía
rápida) (1.02 y 1.03) entre la
válvula direccional 4/2 (1.1) y el
cilindro. Cuando el aire ingresa al
cilindro a través de conector B de
la válvula direccional 4/2 (1.1),
pasa por la regulación de caudal
de la válvula 1.02, mientras que el
aire que sale del cilindro lo hace
por la vía rápida de la válvula 1.03,
regulándose así la velocidad de
cierre del cilindro.
[email protected]
172
Cuando el aire ingresa al
cilindro a través de conector
A de la válvula direccional 4/2
(1.1), pasa por la regulación
de caudal de la válvula 1.03,
mientras que el aire que sale
del cilindro lo hace por la vía
rápida de la válvula 1.02,
regulándose así la velocidad
de apertura del cilindro.
J) Mando de un cilindro de doble efecto mediante dos finales de carrera (retroceso y
avance del cilindro de forma automática).
Para comandar el cilindro
de doble efecto 1.0 en
forma automática, se utiliza
en este caso una válvula
direccional 4/2 con pilotaje
neumático (1.1). Este
pilotaje se comanda desde
los fines de carrera 1.2 y
1.3 (válvulas 3/2). La
válvula 3/2 (0.2) es la que
comanda la alimentación
de aire a la válvula 1.1
[email protected]
173
Al enclavar la válvula 0.2, el
aire ingresa por el lado
izquierdo del cilindro (1.0)
empujando a este hacia la
derecha.
Cuando el cilindro que
avanza hacia la derecha
alcanza el fin de carrera
1.3, lo acciona activándose
el piloto Y y cambia la
posición de la válvula 1.1,
en este momento el
cilindro invierte el sentido
de su avance, haciéndolo
ahora hacia la izquierda
hasta alcanzar el fin de
carrera 1.2, en este punto
el ciclo se reinicia.
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174
Actividades
Práctica I
Compara las diferencias y similitudes entre una jeringa y un cilindro neumático.
Grafica los componentes
Diferencias y similitudes.
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175
Práctica II
Has un sistema neumático con dos jeringas y una manguerita (Tipo pecera). Razona
y explica lo que sucede, al accionar las dos jeringas en distinto tiempo y las dos
jeringas a la vez. Grafica el sistema.
Componentes
Explicación
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176
Práctica III
Realiza la siguiente actividad.
1) Seleccionar dos jeringas de diferente grosor.
2) Llenar con agua ambas jeringas por la mitad y el tubo flexible por completo.
3) Unir las boquillas de las jeringas con el tubo flexible o manguera. Este paso debe
hacerse con sumo cuidado, vigilando que el agua del tubo no se salga y así evitar
burbujas de agua.
4) Pegar y sellar las boquillas con el tubo flexible, utilizando la pega o el silicón.
Ten cuidado de no tapar la manguera, sino de pegar por fuera ambas extremidades (la
de la boquilla y la manguera).
Si todo va bien será mucho más fácil presionar una de las jeringas y la otra será menos
fácil de presionar. Razona y explica que sucedió al accionar las jeringas en cada caso.
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Práctica IV
Construye el siguiente sistema, con una jeringa, una manguerita, una (T) de pecera , dos
válvulas de paso (Llaves de paso) y dos botellas de plástico cortadas que simulen los
tanques. Razona y saca una conclusión de su funcionamiento.
Componentes
CUESTIONES:
1.- ¿Qué función realiza cada elemento del sistema?
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178
Practica V
Construye una prensa hidráulica modelo escala, siguiendo estos pasos:
Materiales.
•
•
•
•
•
Dos jeringas de diámetro distinto.
Tabla de madera de 40 x 10 x 1 cm.
40 cm de manguera de diámetro ajustado a los de las jeringas.
Clavos.
Agua.
Construcción
1. Perforar una tabla de madera de unos 40 x 10 cm, de manera que las jeringas se
ajusten perfectamente a los orificios. Clavar y encolar dos soportes de madera a
los extremos de esta tabla a modo de una mesa (ver figuras).
2. Una vez las jeringas estén puestas en los orificios, se deben unir por medio de una
manguera de unos 40 cm de largo y un diámetro de ancho, con tal que sus
extremos se unan con los extremos de las jeringas.
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179
3. Llenar con agua las jeringas, de tal manera que la de menor diámetro
quede con bastante agua, y la de mayor diámetro tenga muy poca. La idea
es que cuando se aplique una fuerza sobre la jeringa menor, el agua se
desplace por la manguera y pueda entrar en la jeringa mayor levantando el
“pistón” de ésta.
Explica el funcionamiento del dispositivo.
Componentes
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180
Práctica VI
Razona y explica con tus palabras como funciona esta bomba.
[email protected]
181
Practica VII
Mando directo de un cilindro de simple efecto a través de una válvula 3/2 NC de
accionamiento manual y retorno por muelle. (Al pulsar la válvula el vástago sale y permanece en esa
posición hasta que soltamos la válvula)
CUESTIONES:
1.- ¿Qué función realiza la unidad de mantenimiento?
2.- ¿Por dónde sale el aire del cilindro cuando pulsamos la válvula? ¿Y al soltar la
válvula?
3.- ¿Qué desventaja supone el muelle del cilindro frente a un cilindro de doble efecto?
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182
Practica VIII
Pulsador con enclavamiento y cilindro de doble efecto: cuando accionamos el pulsador
el vástago sale y permanece así todo el tiempo que deseemos incluso sin pulsar el mando; si
queremos realizar la carrera de retroceso debemos soltar el enclavamiento del pulsador.
CUESTIONES:
1.- ¿Cuál es la función del enclavamiento del pulsador?
2.- ¿Qué ventaja presenta el cilindro de doble efecto sobre el de simple efecto?
3.- ¿Por dónde sale el aire en el cilindro cuando esta el pulsador accionado?
[email protected]
183
Actividad IX
Pulsador de avance y retroceso con cilindro de doble efecto: cuando activamos el
pulsador de avance el vástago realiza la carrera de avance y permanece en esa posición
hasta que accionamos el pulsador de retroceso.
CUESTIONES:
1.- ¿Qué función realiza la nueva válvula que has tenido que utilizar y cómo se llama?
2.- ¿Qué sucede si pulsas los dos pulsadores a la vez?
3.- ¿Qué ventajas crees que ofrece este sistema de pilotaje del cilindro de doble efecto
sobre el de la práctica anterior?
[email protected]
184
Actividad X
Doble regulador de caudal: cuando activamos un pulsador, el vástago realiza la carrera
de avance lentamente. Permanecerá en esa posición hasta que activemos otro pulsador
que iniciará la carrera de retroceso también lentamente.
CUESTIONES:
1.- ¿Cuál es la función que realizan las válvulas reguladoras de caudal?
2.- ¿Qué sucede si colocas al revés las dos válvulas reguladoras de caudal?
3.- ¿Da lo mismo cómo coloquemos las dos válvulas reguladoras de caudal?
[email protected]
185
Actividad XI
Final de carrera: La carrera de avance se produce cuando accionamos un pulsador y la
de retroceso se inicia de forma automática cuando el vástago alcanza el final de su
recorrido y permanece en reposo hasta que lo activamos de nuevo
(la carrera de avance debe ser
más lenta que la de retroceso).
CUESTIONES:
1.- ¿Cuál es la función y el nombre de la válvula que se activa al final del recorrido del
vástago?
2.- ¿Qué sucede si se actúa a la vez sobre el pulsador y el final de carrera?
3.- Si necesitáramos activar el sistema desde dos puntos distintos ¿Qué modificarías para
poder hacerlo?
[email protected]
186
Actividad XII
PUERTA OR: La máquina dispone de dos pulsadores que activan la carrera de avance
del cilindro (que ha de ser a velocidad controlada) y que se inicie cuando pulsemos alguno
de los dos; el retroceso se inicia automáticamente cuando el émbolo llega al final de su
recorrido.
CUESTIONES:
1.- ¿Cuál es la función y el nombre de la válvula (puerta OR?
2.- ¿Cómo podrías crear una puerta OR si no disponemos de ese tipo de válvula?
3.- ¿Qué ocurre si activas los dos pulsadores a la vez?
[email protected]
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Actividad XIII
Mando indirecto de un cilindro de doble efecto a través de una válvula 5/2 biestable,
accionada por presión. El pilotaje de la válvula 5/2, se realiza por medio de una puerta
AND, y de un final de carrera con rodillo (válvula 3/2).
Dispone de dos pulsadores, situados a cierta distancia. Cuando están pulsados los dos a la vez se activa la carrera de
avance. Al llegar el vástago hasta el final de carrera, conmuta de nuevo la válvula 5/2, el vástago se recoge y permanecerá
en esta posición hasta que se pulsen de nuevo las válvulas.
CUESTIONES:
1.- ¿Cuál es la función y el nombre de la válvula puerta AND?
2.- ¿Qué pasa si pulsamos solo uno de los dos pulsadores? ¿Es necesario dejar de pulsar
uno de los pulsadores para que retorne el vástago del cilindro?
3.- ¿Cómo podríamos crear una puerta AND, si no disponemos de ella de forma fácil?
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Actividad XIV
Una máquina dispone de un pulsador junto a ella y de otro más alejado que accionando
cualquiera de los dos se pone en marcha el sistema, y el vástago se moverá
alternativamente (avance-retroceso) mientras no se deje de pulsar el botón de marcha.
CUESTIONES:
1.- ¿Cuál es la función qué realiza la válvula selectora (puerta AND)?
2.- ¿Qué pasará si accionamos los dos pulsadores a la vez?
3.- ¿Es necesario dejar de pulsar uno de los pulsadores para que el vástago retorne?
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Actividad XV
Control secuencial (I): Diseña el circuito neumático de control de un sistema formado
por dos cilindros de doble efecto (A y B), el sistema se alimenta de bloques de madera
mediante una cinta transportadora, cuando se detecta la presencia de un bloque en su
posición y el operario acciona el mando correspondiente, el cilindro A inicia la carrera de
avance a velocidad controlada, cuando este cilindro alcanza el final de su recorrido activa
automáticamente la carrera de avance del cilindro B (también a velocidad controlada) y se
mantiene en reposo hasta que el cilindro B alcanza el final de su carrera momento este
que indica al cilindro A que inicie la carrera de retroceso. El cilindro B permanece unos
cinco segundos aproximadamente en la posición citada y transcurrido ese tiempo inicia la
carrera de retroceso que una vez finalizada activa el circuito para iniciar un nuevo ciclo de
trabajo siempre y cuando exista un bloque en la posición precisa y el operario determine
que es el momento de poner en marcha el ciclo.
CUESTIONES:
1.- ¿Cuál es el nombre en el simulador del nuevo elemento que has utilizado en este
montaje?
2.- ¿Cuál es la función de ese componente?
3.- ¿Por cuantos elementos está formado y como se llaman? ¿Cómo se consigue regular
el tiempo?
[email protected]
190
Actividad XVI
Control secuencial (II)
Diseña el circuito neumático de control de un sistema automático de carga de un camión
desde una tolva, accionado por un operario y de manera que:
•
•
•
La tolva sólo se descargue cuando esté llena, y el camión situado debajo de ella. Si no
se cumplen simultáneamente las dos condiciones, la descarga no se produce, aunque
se accione el pulsador.
La boca de la tolva ha de permanecer abierta el tiempo suficiente para que se
descargue en su totalidad (mínimo 8 Seg.).
Una vez que haya transcurrido el tiempo prefijado para que se realice la descarga, la
boca de la tolva se cerrará de una forma automática.
Explica la secuencia de operaciones del ciclo indicando el nombre de cada
componente
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191
Sistemas
Informáticos
[email protected]
192
Introducción
La Informática se define como la disciplina que estudia el tratamiento automático de la
información.
Un ordenador es una máquina capaz de recibir información y, mediante un conjunto de
instrucciones que también se le suministran, de procesarla para conseguir unos
resultados determinados.
El ordenador está formado por un conjunto de componentes físicos denominado
hardware, así como un conjunto de instrucciones necesarias para que estos puedan
funcionar que se denomina software.
Hardware.
El hardware es, como se ha dicho anteriormente, la parte física de un ordenador (todo
aquello que se puede tocar con la mano, aunque esté dentro de la CPU).
El hardware lo podemos dividir en dos bloques, principalmente:
CPU
Periféricos
CPU
Al abrir la caja de la CPU, se pueden observar los siguientes elementos:
La placa base o madre, que es el lugar donde están colocados los demás dispositivos (2).
Los chips o circuitos integrados que hay en todos los dispositivos del interior de la CPU.
Un circuito integrado de gran tamaño, el microprocesador (3).
Los módulos de memoria RAM (5).
Ranuras de expansión, así como por una serie de tarjetas insertadas en algunas de estas
ranuras (6).
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193
Conectores IDE para disco duro y unidades de almacenamiento (4).
Tarjetas de sonido, red, gráfica, etc. (6)
Fuente de alimentación (7).
Periféricos.
Se denominan periféricos tanto a las unidades o dispositivos a través de los cuales la
computadora se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o
archivan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal.
Se clasifica en cuatro grupos:
•
Periféricos de Entrada. Son aquellos que suministran información a la CPU, por
ejemplos: teclado (10), ratón (11), escáner, webcam, micrófono…
•
Periféricos de Salida. Son aquellos que suministran información al exterior, hacia
el usuario. Por ejemplo: monitor (1), impresora, altavoces…
•
Periféricos de Entrada/Salida. Tienen la doble función de suministrar información
a la CPU y de mostrar aquella que suministra la misma. Ejemplos: módem,
pantallas táctiles…
•
Dispositivos de almacenamiento. Son aquellos que almacenan información.
Ejemplo: disco duro (9), unidad de cd-ROM o DVD (8), pendrive, disquetera…
Software.
Es el conjunto de los programas de cálculo, procedimientos, reglas, documentación y
datos asociados que forman parte de las operaciones de un ordenador (es decir, aquello
que no se puede tocar de manera física).
Si bien esta distinción es, en cierto modo, arbitraria, y a veces confusa, se puede clasificar
al software de la siguiente forma:
• Software de sistema: Es aquel que permite
que el hardware funcione. Ejemplos: Sistemas
operativos (Windows, Linux, unix, Mac OS,
Qnx…)
• Software de programación: Es el conjunto de
herramientas que permiten al programador
desarrollar programas informáticos, usando
diferentes
alternativas
y
lenguajes
de
programación, de una manera práctica.
Ejemplos: Visual Basic, C++, Basic, Cobol,
Pascal, Fortram, Borland Delphi, Java, HTML…
• Software de aplicación: Aquel que permite a
los usuarios llevar a cabo una o varias tareas
específicas con un ordenador: procesadores de
texto, Néstor
paquetes
juegos, programas
Profesor:
Horacio ofimáticos,
Castiñeira
de simulación…
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194
Evolución histórica
El origen de la informática está en:
• La cultura oriental con su ábaco
• La occidental con Pascal, allá por el siglo XVII, y su rudimentaria calculadora (rueda
dentada de diez posiciones que era capaz de sumar y restar, y que fue perfeccionada por
Leibniz con la multiplicación y la división).
A mediados de los años 40, Von Newman introduce
el concepto teórico de máquina programada con
memoria y, en consecuencia la figura de la CPU al
estudiar el ordenador de primera generación ENIAC
(con 1500 m2 de superficie a base de válvulas de
vacío y tambores magnéticos como memoria).
Tenemos que esperar a 1952 para que se
comercialice el primer ordenador, el “UNIVAC I”, de
la empresa IBM.
Los ordenadores de segunda generación aparecen
tras el descubrimiento del transistor (ver figura) en
1948, reduciendo considerablemente el tamaño allá
por 1960.
Los ordenadores de tercera generación aparecen
tras el avance en la electrónica con el circuito
integrado (en los comienzos de los años 60)
reduciéndose aún más el tamaño de los
computadores.
Hacia 1971 aparece el concepto de microprocesador (en la figura adjunta) y con él los
ordenadores de cuarta generación, gracias a la tecnología CMOS, y que incluye la CPU
en un solo chip (z80, R6502, Intel 8080, Pentium, AMD).
Unidades de medida de la información
La unidad de información mínima que puede almacenar un ordenador (cero o uno) recibe
el nombre de bit (binary digit).
Sin embargo, esta unidad es muy pequeña. Para almacenar un carácter, son necesarios 8
bits. Esta agrupación de bits, se denomina byte.
Algunas equivalencias importantes:
1 kilobyte (Kb o K) equivale a 1024 bytes. (2 10 = 1024)
1 megabyte (Mb, o también M) equivale a 1024 Kb.
1 gigabyte (Gb o G), equivale a 1024 Mb.
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195
CPU
A partir de ahora, vamos a intentar conocer un poco más como es un ordenador por
dentro, qué elementos podemos encontrar si abrimos la caja de la torre o CPU y cómo
funciona cada uno de ellos.
La placa base
La placa base o placa madre (en inglés
motherboard) es la tarjeta de circuitos
impresos de un ordenador que sirve como
medio
de
conexión
entre
el
microprocesador, los circuitos electrónicos
de soporte, las ranuras para conectar parte
o toda la RAM del sistema, la ROM y las
ranuras especiales (slots) que permiten la
conexión
de
tarjetas
adaptadoras
adicionales. Estas tarjetas de expansión
suelen realizar funciones de control de
periféricos tales como tarjeta gráfica, tarjeta
de sonido, módem, otros.
A tu derecha, puedes observar una
fotografía y un dibujo de una placa base de
un ordenador cualquier. No se corresponde
exactamente la disposición de los elementos
del dibujo con el de la fotografía.
Hagamos un ejercicio práctico: observa
detenidamente la fotografía y el dibujo
explicativo de la placa base.
Identifica los distintos elementos del dibujo
en la fotografía.
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196
Tipos de placas:
Formato de Placa AT: El factor de forma AT es el empleado por el IBM AT INC y sus
clones en formato sobremesa completo y torre completo. Su tamaño es de 305 mm de
ancho x 275 mm de largo. Su gran tamaño dificultaba la introducción de nuevas unidades
de disco.
Formato de Placa Baby AT. IBM presenta en 1985 el formato Baby AT, que es
funcionalmente equivalente a la AT, pero significativamente menor favoreciendo las cajas
más pequeñas y facilita la ampliación, por lo que toda la industria se vuelca en él
abandonando el formato AT. No obstante sigue heredando los problemas de diseño del
AT.
Formato de Placa ATX. Es presentada por Intel en 1995, con un tamaño de 300 mm de
ancho por 240 mm de largo. En este nuevo formato se resuelven todos los inconvenientes
de las placas anteriores. Muchas de las tarjetas necesarias se integran en la placa base
logrando con ello un abaratamiento de costos y mejoran la ventilación en la CPU. Esta
placa incorpora la opción de poder aplicar el sistema de hibernado (alimentación de la
placa con una pequeña corriente que facilita restablecer el trabajo en el punto donde se
dejó).
Formato de Placa micro ATX. Es un formato de placa base pequeño con un tamaño
máximo de 244 mm x 244 mm. Debido a sus dimensiones sólo tiene sitio para 1 ó 2 slots
PCI y/o AGP, por lo que suelen incorporar puertos FireWire y USB 2 en abundancia (para
permitir conectar unidades externas y regrabadoras de DVD). Es la más moderna de
todas y sus prestaciones son impresionantes.
Los formatos de placa ATX Y Micro
ATX, son los usados actualmente
Socket no se usa más
El zócalo (en inglés socket) es una pieza de plástico, que
funciona como intermediario entre la placa base y el
microprocesador. Posee en su superficie plana superior
una matriz de pequeños agujeros donde encajan, sin
dificultad, los pines de un microprocesador. En los
primeros ordenadores personales, el microprocesador
tenía que ser directamente soldado a la placa base, pero
la aparición de una amplia gama de microprocesadores
llevó a la creación del socket. Cada familia de
microprocesador requiere un tipo distinto de zócalo, ya
que existen diferencias en el número de pines y
disposición geométrica.
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197
Chipset
Son un elemento muy importante de la placa base porque se encarga de controlar el flujo
de información entre los componentes del equipo y el microprocesador. Podemos
encontrar dos conjuntos, el primero asume las funciones más importantes:
Puente Norte, se usa como puente de enlace entre el microprocesador, la memoria y el
puerto gráfico AGP.
Puente Sur, controla los dispositivos asociados como son los puertos USB, disco duro,
ranuras PCI, puertos infrarrojos, disquetera, LAN, y una larga lista de todos los elementos
que podamos imaginar integrados en la placa madre. Es el encargado de comunicar el
procesador con los periféricos.
Slot Bus de expansión
Un Bus de expansión permite conectar a la placa base una tarjeta adaptadora adicional la
cual suele realizar funciones de control de periféricos tales como monitores, impresoras,
unidades de disco, altavoces, micrófonos, etc.
Existen varios tipos de slots. Los que más se utilizan son:
Bus AGP. En él se conecta la tarjeta de vídeo y se usa únicamente para tarjetas
aceleradoras 3D en ordenadores muy potentes y accesibles; está siendo reemplazado por
el slot PCI Express que es más potente. AGP quiere decir Advanced Graphics Port
(Puerto de gráficos avanzados).
Bus PCI (Peripheral Component Interconnect, "Interconexión de Componentes
Periféricos"), consiste en un bus de ordenador estándar para conectar dispositivos
periféricos directamente a su placa base.
Bus PCI-Express. Es un nuevo desarrollo del Bus PCI que funciona al igual que las
anteriores con respecto a la comunicación, pero que lo hace con mucha más velocidad.
ROM-BIOS
ROM son las siglas de “read-only memory”, que significa
"memoria de sólo lectura". Es una memoria destinada a ser leída
y no destructible, es decir, que no se puede escribir sobre ella y
que conserva intacta la información almacenada, incluso en el
caso de que se interrumpa la corriente (memoria no volátil). La
ROM suele almacenar la configuración del sistema o el programa
de arranque del ordenador.
El microprocesador
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198
El microprocesador interpreta y opera las instrucciones que forman un programa y
coordina y controla el funcionamiento del resto de los elementos del ordenador. Es el
“cerebro” del mismo. Algunos ejemplos son los que se muestran a continuación:
Los elementos que podemos encontrar dentro de un microprocesador son los siguientes:
•
La Unidad Aritmético Lógica (UAL), es un circuito digital que calcula
operaciones aritméticas (como adición, substracción, etc.) entre números, y
operaciones lógicas entre variables binarias.
•
La Unidad de control: es el "cerebro del microprocesador". Es la encargada de
activar o desactivar los diversos componentes del microprocesador en función de
la instrucción que el microprocesador esté ejecutando y en función también de la
etapa de dicha instrucción que se esté ejecutando.
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199
•
Unidad de ejecución: es una parte de la CPU que realiza las operaciones y
cálculos llamados por los programas.
•
Memoria caché: Existe memoria cache de dos tipos interna al microprocesador y
externa, su función es similar, es la encargada de almacenar las próximas
instrucciones a ejecutar que normalmente residen en la memoria del sistema.
Cuando se accede por primera vez a la memoria en busca de una instrucción, en
vez de leerse sólo una se lee un bloque entero, que se deposita en la memoria
cache, las próximas lecturas se hacen directamente de esta última, lo que acelera
el proceso puesto que la cache es mucho mas veloz que la memoria del sistema.
•
Registro de Datos.
La evolución del microprocesador desde que apareció es la siguiente:
· 1971: Intel 4004. Nota: Fue el primer microprocesador comercial. Salió al mercado el 15 de
noviembre de 1971.
· 1972: Intel 8008
· 1974: Intel 8080, Intel 8085
· 1975: Signetics 2650, MOS 6502, Motorola 6800
· 1976: Zilog Z80
· 1978: Intel 8086, Motorola 68000
· 1979: Intel 8088
· 1982: Intel 80286, Motorola 68020
· 1985: Intel 80386, Motorola 68020, AMD Am386
· 1987: Motorola 68030
· 1989: Intel 80486, Motorola 68040, AMD Am486
· 1993: Intel Pentium, Motorola 68060, AMD K5, MIPS R10000
· 1995: Intel Pentium Pro
· 1997: Intel Pentium II, AMD K6, PowerPC G3, MIPS R120007
· 1999: Intel Pentium III, AMD K6-2, PowerPC 4
· 2000: Intel Pentium 4, Intel Itanium 2, AMD Athlon XP, AMD Duron, MIPS R14000
· 2003: PowerPC G5
· 2004: Intel Pentium M
· 2005: Intel Pentium D, Intel Extreme Edition con hyper threading, Intel Core Duo, AMD Athlon
64, AMD Athlon 64 X2, AMD Sempron 128.
· 2006: Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Extreme, AMD Athlon FX
· 2007: Intel Core 2 Quad, AMD Quad Core, AMD Quad FX
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200
BUSES
La información se transmite tanto en el interior del ordenador como en los dispositivos
conectados a él, en forma de bytes a través de unos canales especiales denominados
buses. Son los caminos por los que fluye la información.
Hay tres clases de buses:
•
Bus de datos: a través de ellos circulan los datos por el ordenador.
•
Bus de control: Permite que el microprocesador controle los dispositivos
conectados a él (normalmente esto se hace a través del chipset).
•
Bus de dirección: transportan las direcciones de la memoria en las que se deben
leer o escribir datos.
Cuanto mayor sea el número de líneas del bus de datos, mayor será la cantidad de
información que puede circular a la vez.
Memoria RAM
La memoria de acceso aleatorio, (en inglés: Random Access Memory, cuyo acrónimo es
RAM), o más conocida como memoria RAM, se compone de uno o más chips y se utiliza
como memoria de trabajo para programas y datos. Es un tipo de memoria temporal que
pierde sus datos cuando se queda sin energía (por ejemplo, al apagar la computadora),
por lo cual es una memoria volátil.
Se trata de una memoria de semiconductor en la que se puede tanto leer como escribir
información. Se utiliza normalmente como memoria temporal para almacenar resultados
intermedios y datos similares no permanentes. Se dicen "de acceso aleatorio" debido a
que el tiempo que se tarda en acceder a un dato en particular no depende de la ubicación
del mismo dentro de la memoria.
SIMM de 30 contactos y 72
contactos
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201
DIMM 168 de contactos
Bancos de memoria
RDRAM de 180 contactos
Esta memoria es muy importante, hasta el punto de que el rendimiento de un ordenador
depende directamente de la cantidad de memoria RAM y de la velocidad de la misma, por
lo que cada vez es más frecuente encontrar equipos de 3 y 4GB de memoria RAM.
La memoria RAM de un ordenador sí se puede ampliar, siempre y cuando la placa madre
tenga libres zócalos de memoria RAM.
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202
Puertos
Es habitual que un ordenador disponga de uno o dos puertos serie, un puerto paralelo y
dos puertos USB. Sin embargo, si hiciera falta, resultaría sencillo aumentar el número de
estos puertos mediante nuevas tarjetas de expansión.
Puertos serie. Estos puertos solo pueden transferir un dato a la vez, por lo que resultan
lentos; suelen utilizarse para dispositivos como módems externos, ratones, etc.
Puertos paralelo. Estos puertos pueden transferir 1 Byte de información a la vez, por lo
que son bastante más rápidos que los anteriores. Suelen utilizarse para conectar, sobre
todo, el escáner y la impresora, aunque están prácticamente en desuso junto con el serie,
a partir de la aparición del puerto USB.
Puertos USB (Universal Serial Bus). O puerto serie universal. Estos puertos poseen
una alta velocidad de transferencia de información y, permiten conectar y desconectar los
dispositivos sin necesidad de apagar el ordenador (Hot Plug). Cada vez se utilizan más.
Conectores
Los Puertos necesitan conexiones que permitan la comunicación con el exterior. suelen
situarse en la parte trasera de la caja de la CPU, accesibles desde el exterior.
Actualmente, tanto el teclado como el ratón de un ordenador tienen conectores
específicos, situados en la parte superior de la parte trasera del ordenador, que suelen
estar identificados mediante símbolos, e incluso colores diferentes.
Hoy en día, existen teclados y ratones inalámbricos que no necesitan cables para
conectarse al ordenador, sino que transmiten la información por infrarrojos (IR).
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203
Tarjetas de Expansión
Todas las tarjetas de expansión tienen dos características fundamentales e
imprescindibles para que puedan funcionar correctamente los dispositivos conectados a
ellas.
Estas son:
•
Deben conectarse a la placa madre a través de una ranura de expansión, están
normalizadas para un cierto bus (AGP, PCI, etc.)
•
Necesitan un software específico, denominado controlador o driver, para que el
sistema pueda controlarlos. Este software lo proporciona el fabricante de la tarjeta.
Algunas tarjetas que nos podemos encontrar en un ordenador son:
Tarjeta gráfica
Es una tarjeta de expansión
imprescindible para el ordenador,
ya que es la encargada de enviar
la información al monitor para que
este la muestre. Básicamente, su
misión es recoger la información
digital que le envía la CPU y
transformarla en señal analógica
para enviársela al monitor. Se
conecta en un “slot” tipo AGP.
Tarjeta de sonido
Es el conversor analógico digital
de sonido.
A ella se conectan los altavoces y
el micrófono u otra fuente de
sonido. La placa base incorpora
un altavoz capaz de producir
sonidos, aunque de mucha peor
calidad. Se conecta en un slot tipo
PCI.
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204
Módem interno
Es una tarjeta de expansión más,
cuya misión es convertir la señal
interna del ordenador (digital) en
señal analógica, para ser enviada por
una línea telefónica.
También realiza el proceso contrario.
Puede disponer de un solo conector
para el cable telefónico. Se conecta
en un slot PCI.
Tarjeta de red.
Permite conectar varios ordenadores
entre sí formando entonces una red de
área local. Como existen varios tipos
de cableado de red, estas tarjetas
proporcionan conectores para cada
uno de ellos.
Periféricos
Se denominan periféricos tanto a las unidades o dispositivos a través de los cuales la
CPU se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o archivan
la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal.
Periféricos de entrada
Son los que introducen datos externos a la computadora para su posterior tratamiento por
parte de la CPU. Estos datos pueden provenir de distintas fuentes, siendo la principal un
ser humano. Los periféricos de entrada más habituales son:
Teclado
Es un periférico o dispositivo que
consiste en un sistema de teclas, como
las de una máquina de escribir, que
permite introducir datos a un
ordenador o dispositivo digital.
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205
Mouse
Es un periférico de entrada del ordenador.
Se utiliza con una de las manos del
usuario y detecta su movimiento relativo
en dos dimensiones por la superficie
horizontal en la que se apoya,
reflejándose habitualmente a través de un
puntero o flecha en el monitor.
Webcam
Es una pequeña cámara digital conectada
a un ordenador, la cual puede capturar
imágenes y transmitirlas a través de
Internet en directo.
Micrófono
Su función es la de transformar (traducir) las
vibraciones debidas a la presión acústica
ejercida sobre su cápsula por las ondas
sonoras en energía eléctrica o grabar
sonidos de cualquier lugar o elemento.
Escáner
Es un periférico que se utiliza para
convertir, mediante el uso de la luz,
imágenes impresas a formato digital.
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206
Periféricos de Salida
Son los que reciben información que es procesada por la CPU y la reproducen para que
sea perceptible para el usuario.
Monitor
Es un dispositivo de salida que,
mediante una interfaz, muestra los
resultados del procesamiento de
una computadora.
Impresora
Es un periférico de ordenador que permite producir
una copia permanente de textos o gráficos de
documentos almacenados en formato electrónico,
imprimiéndolos en medios físicos, normalmente en
papel o transparencias, utilizando cartuchos de
tinta o tecnología láser.
Altavoces
Es un dispositivo utilizado para
la reproducción de sonido.
Sistemas de Almacenamiento
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207
Debido a que la memoria RAM tiene una capacidad de almacenamiento limitada, pero
sobre todo por su condición de volatil, es necesario dotar a la máquina de otros sistemas
permanentes para almacenar la información.
Discos Duros
Se trata de un conjunto de discos superpuestos
a los que se les ha aplicado, por ambos lados,
una película de partículas magnéticas que
permiten almacenar información.
Para poder grabar y leer información del disco,
se necesitan unas cabezas que se mueven a
las distintas partes del disco mediante unos
brazos. Estas cabezas pueden leer o grabar,
dependiendo de las órdenes enviadas por la
CPU.
Los discos magnéticos pueden estar dentro de
la caja de la CPU (discos duros) o pueden estar
en el exterior (Discos flexibles).
Disco Flexible
Un disco flexible o disquete es un soporte de almacenamiento de datos
formado por una pieza circular de material magnético, fina y flexible
encerrada en una carcasa de plástico cuadrada o rectangular.
Los disquetes se leen y se escriben mediante un dispositivo llamado
disquetera. Es un disco más pequeño que el CD, tanto en tamaño
externo como en capacidad, que está encerrado en una funda de pasta
que lo protege.
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208
CD-ROM
Un CD-ROM (del inglés Compact Disc Read Only Memory, "Disco Compacto de
Memoria de Sólo Lectura"), es un disco
compacto óptico utilizado para almacenar
información no volátil, el mismo medio
utilizado por los CD de audio, puede ser
leído por un ordenador lector de CD-ROM.
Un CD-ROM es un disco de plástico plano
con información digital codificada en una
espiral desde el centro hasta el borde
exterior.
DVD
El DVD, del inglés "Digital Versatile
Disc"("Disco Versátil Digital") o "Digital
Video Disc"("Disco de Video Digital")
debido a su popular uso en películas, es
un formato de almacenamiento óptico que
puede ser usado para guardar datos,
incluyendo películas con alta calidad de
vídeo y audio. Se asemeja a los discos
compactos en cuanto a sus dimensiones
físicas (diámetro de 12 u 8 centímetros),
pero están codificados en un formato
distinto y a una densidad mucho mayor.
Memoria USB
Una memoria USB (de Universal Serial Bus, en
inglés pendrive o USB flash drive) es un pequeño
dispositivo de almacenamiento que utiliza
memoria flash para guardar la información que
puede requerir o no baterías (pilas), en los últimos
modelos la batería no es requerida, la batería era
utilizada por los primeros modelos. Estas
memorias son resistentes a los rasguños
(externos) y al polvo que han afectado a las
formas previas de almacenamiento portátil, como
los disquetes, CDs y los DVDs.
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209
Los Sistemas
Técnicos
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210
Los sistemas técnicos
En gran parte de los sistemas técnicos están presentes simultáneamente diversas
técnicas (mecánica, hidráulica, neumática, eléctrica, electrónica, térmica, química,
radiante, etc.), y subsistemas (sistemas) asociados a cada una de estas técnicas.
Tomemos el caso del automóvil:
Esta presentación es muy sintética, podríamos profundizarla, por ejemplo agregando el
Sistema electrónico de encendido, corriente en los automóviles modernos, o el Sistema
neumático de los air bags, etc., pero para nuestro propósito, que es presentar el tema de
la simultaneidad de técnicas presentes en casi todos los sistemas, consideramos que es
suficiente. Recordamos lo que hemos dicho, en casi todos los sistemas (por ejemplo, el
sistema de frenado del automóvil, el sistema de suspensión, el sistema de encendido, el
sistema de luces, etc.) están presentes dispositivos vinculados a diversas técnicas; un
ejemplo: la llave de luz, si bien forma parte de un sistema eléctrico, es un dispositivo
mecánico.
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211
El sistema de frenado de vehículos automotores
Analicemos ahora el sistema de frenado de vehículos automotores, un caso interesante,
porque para cumplir la función de accionar el mecanismo de freno se puede apelar a uno
u a otro de los sistemas mencionados (Mecánico, hidráulico, neumático, eléctrico).
Recordemos que en el caso de los automóviles, existen dos tipos de freno, el de mano y
el de pie, el primero se utiliza para mantenerlo detenido, mientras que el segundo para
aminorar la marcha o detenerlo; en este caso nos referimos en forma general a los
sistemas que permiten aminorar la marcha de un vehículo o detenerlo.
Sistema de frenado basado en fricción mecánica
Los frenos de fricción son los corrientemente utilizados en los vehículos automotores,
normalmente son dispositivos que para aminorar la marcha o detener un vehículo, utilizan
la fricción (Intencionalmente provocada) entre las llamadas zapatas, cintas o pastillas de
freno o superficies metálicas preparadas especialmente para ese fin, transformando la
energía cinética de rotación, o de translación de la maquina, en energía térmica que se
disipa en el ambiente. El sistema de frenado, como cualquier otro sistema, puede
descomponerse en subsistemas (Los que a su vez pueden ser considerados como
sistemas).
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212
Calefón a gas
El calefón podría ser considerado como un subsistema de los sistemas termomecánicos,
estos se materializan en muy diversas formas, pero muchas pueden compartir muchos de
los subsistemas aquí presentados.
El refrigerador (Heladera)
Podemos caracterizar a la heladera como un artefacto con un sistema que sustrae calor,
el sistema que realiza esta operación es el sistema de refrigeración (sistema neumático).
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213
El refrigerador podemos representarlo por el siguiente diagrama de bloque:
Enfoque sistémico del refrigerador
El compresor comprime el gas, que como consecuencia se calienta, un condensador a la
salida del compresor disipa el calor al exterior, el gas comprimido pasa por una válvula de
expansión y se expande en el evaporador con absorción de calor. El evaporador esta
dentro del gabinete del refrigerador; el condensador, que es por donde se disipa el calor,
en la parte posterior.
Podemos representar (dentro de las líneas de punto) el sistema de refrigeración mediante
el siguiente diagrama de bloque.
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214
Sistemas de
Control
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215
Sistemas de control
Introducción
El hombre ha utilizado herramientas para satisfacer sus necesidades. Por ejemplo,
descubrió, quizá por casualidad, cómo obtener fuego para proporcionarse calor y cocinar
sus alimentos. Lo hizo frotando enérgicamente dos trozos de cierta piedra (pedernal).
La piedra era su herramienta. Hoy en día, se dispone de pequeños y económicos
encendedores que permiten disponer inmediatamente de fuego. Si se los observa con
atención, se verá que tienen una pequeña piedra, que cuando es rozada por la medita
metálica que hacemos girar, desprende chispas que encienden el gas.
Precisamente, el material con que está hecha esa pequeña piedra es, en esencia, el
mismo que utilizaban nuestros antepasados de las cavernas. En la actualidad lo encontramos, junto con un tanque de gas, una válvula que regula su salida, una entrada de
oxígeno y hasta otra válvula de recarga formando parte de un sistema: el encendedor.
Cada componente, por sí mismo, no puede proporcionar fuego, pero sí puede hacerlo el
conjunto.
Características y tipos de sistemas de control
Un encendedor, una bicicleta y un automóvil son sistemas que funcionan sólo si cuentan
con todos sus componentes y éstos desarrollan sus funciones en forma simultánea.
Un sistema es un conjunto de elementos o dispositivos que interactúan para cumplir una
función determinada. Se comportan en conjunto como una unidad y no como un montón
de piezas sueltas.
El comportamiento de un sistema cambia apreciablemente cuando se modifica o reemplaza uno de sus componentes; también, si uno o varios de esos componentes no cumplen la función para la cual fueron diseñados. Entonces, resulta necesario controlar cada
elemento en forma independiente, o bien, el resultado final de todo el sistema.
Se puede controlar la batería de un auto, la presión de los neumáticos, la temperatura del
agua de refrigeración o la presión de aceite: batería, neumáticos, agua de refrigeración y
aceite son algunos de los componentes de un automóvil. Pero, además, es posible
controlar la velocidad del auto, que es el resultado del funcionamiento del motor en su
conjunto.
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Consideremos, por ejemplo:
Una cocina como "sistema integral hogareño de cocción de alimentos".
¿Cómo hacemos para supervisar la temperatura del horno para cocinar una torta?
Primero, encendemos el horno, y luego, giramos la perilla que lo identifica. Con este
accionar, se modifica la apertura de la válvula que regula la cantidad de gas que llega al
quemador del horno, y de esta manera su temperatura final.
Esta operación permitirá accionar en forma manual el sistema de control de la temperatura del horno. Lo haremos teniendo en cuenta nuestra experiencia anterior o las indicaciones de la receta que leímos en un libro, para que el resultado sea el esperado.
Hemos controlado el proceso.
Ahora bien, a medida que el hombre y las, técnicas por él desarrolladas evolucionaron, las
máquinas dejaron de ser herramientas que realizaban una sola operación para ejecutar
varias de manera consecutiva y simultánea. Entonces, los procesos resultaron más
Complejos, más costosos y de mayor duración. Por lo tanto, no fue posible controlar el
sistema manualmente, sino que se hizo necesario el empleo de diversos mecanismos.
Por ejemplo:
Consideremos una pequeña planta embotelladora de vino. Hace algunos años, para que
una máquina colocara el corcho a presión, una empleada debía sostener la botella ya
llena en forma manual. Hoy en día, una máquina llena la botella vacía, la tapa y hasta le
coloca la etiqueta en pocos segundos. Y, aun más, todo esto lo hace simultáneamente
con varios envases. Es decir que, con el tiempo, se no se hacen más operaciones
individuales, y se pasa a realizar procesos o conjuntos de operaciones vinculadas entre
sí.
¿Qué hace que nuestra máquina embotelladora funcione adecuadamente, tome sólo una
botella por vez, no pegue tres etiquetas en cada envase, o deje de funcionar si el líquido
que envasa se ha terminado?
Pues de esto se ocupa el control automático de procesos.
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La aplicación de sistemas de control a los artefactos electrodomésticos ha mejorado la
vida de las personas. Por ejemplo, antes se usaban las planchas que funcionaban con
carbón. Más tarde, las abuelas utilizaron pesadas planchas eléctricas, que tardaban
mucho tiempo en calentar, y cuya temperatura resultaba muy difícil de regular. Hoy en
día, las planchas son livianas y cómodas, regulan la temperatura según el tipo de tela,
rocían la ropa con vapor, etcétera.
Pero los cambios tecnológicos incidieron sobre todo en la actividad industrial. Infinidad de
tareas, realizadas hasta hace poco en forma manual, hoy se efectúan mecánicamente.
Más aún, los controles automáticos se han generalizado por completo en el mundo de la
industria. En consecuencia, las industrias requieren menos operarios "manuales" y más
personal especializado, por ejemplo, técnicos electricistas, electrónicos e informáticos,
capaces de montar, controlar, corregir y reparar los sistemas implementados. La
capacitación técnica resulta, entonces, imprescindible para poder acceder a estos nuevos
puestos de trabajo.
Tipos de control
El control de un sistema se efectúa mediante un conjunto de componentes mecánicos,
hidráulicos, eléctricos y/o electrónicos que, interconectados, recogen información acerca
del funcionamiento, comparan este funcionamiento con datos previos y, si es necesario,
modifican el proceso para alcanzar el resultado deseado. Este conjunto de elementos
constituye, por lo tanto, un sistema en sí mismo y se denomina sistema de control. Para
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estudiarlo, es necesario suponer que sus componentes forman conjuntos, que reciben
una orden o entrada y producen una respuesta o salida. Estos conjuntos se representan
gráficamente en forma de rectángulos o bloques vinculados por flechas, las cuales
muestran las conexiones que existen entre aquéllos y los efectos que producen. La forma
más simple para esquematizar un proceso de control es un bloque sobre el que incide una
entrada y se genera una salida. Por ejemplo, para la regulación de la temperatura de un
horno.
Sistemas de control manuales y automáticos
Los sistemas de control pueden ser manuales o automáticos.
Sistema Manual
Para obtener una respuesta del sistema, interviene el hombre sobre el elemento de
control.
La acción del hombre es, entonces, la que actúa siempre sobre el sistema (cierra o abre,
acciona un interruptor, aprieta el freno...), para producir cambios en el funcionamiento.
Encontramos sistemas de control manuales, por ejemplo, en:
El frenado de un auto.
El encendido y el apagado de las luces en una habitación.
La operación de la hornalla de gas de una cocina.
El control del agua de una canilla.
Etc.
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Sistema Automático
El sistema da respuesta sin que nadie intervenga de manera directa sobre él,
excepto en la introducción de condiciones iniciales o de consigna.
El sistema “opera por sí solo”, efectuando los cambios necesarios durante su
funcionamiento. Así, se reemplaza el operador humano por dispositivos tecnológicos que
operan sobre el sistema (relés, válvulas motorizadas, válvulas solenoides, actuadores,
interruptores, motores, etc.).
Encontramos sistemas automáticos de control en, por ejemplo:
Heladeras.
Termotanques.
Alumbrado público.
Piloto automático de un avión.
Equipos de aire acondicionado.
Lazos de control
Ya consideramos una de las particularidades que presentan los sistemas de control, la
que nos permitió diferenciarlos entre manuales y automáticos.
Los sistemas de control, además, pueden ser caracterizados por lo que se denomina
lazos de control.
Por Ejemplo:
Supongamos que necesitamos hervir el agua fría que llena una cacerola, en una cocina a
gas.
1) La primera posibilidad es que encendamos la hornalla de la cocina, regulemos la
llama del fuego, coloquemos la cacerola sobre la hornalla y nos retiremos a
realizar otras actividades. ¿Qué ocurre, entonces? El agua comienza a calentarse,
aumentando su temperatura, hasta que comienza a hervir; cuando llega a la
temperatura de ebullición y la llama de la hornalla sigue encendida y el agua, tal
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vez, se desborde de la cacerola, con el riesgo de que se puede apagar la llama de
la hornalla y continuar saliendo gas–.
2) La segunda posibilidad es que encendamos la hornalla de gas, regulemos la llama
del fuego, coloquemos la cacerola sobre la hornalla y permanezcamos frente a la
cocina observando el agua de la cacerola. ¿Qué ocurre, en esta situación? El
agua comienza a calentarse, aumentando su temperatura, hasta que comienza a
hervir; cuando llega a este punto, actuamos sobre la llave de la hornalla
disminuyendo, poco a poco, la llama del gas, hasta que –llegado el punto de
ebullición del agua– cerramos totalmente el paso de gas, apagándose así, la llama
de la hornalla.
Podemos detectar que, en la primera situación, el hecho de que el agua esté hirviendo
(salida del sistema) no tiene ninguna acción sobre la llama de la hornalla (entrada del
sistema).
En cambio, en la segunda posibilidad observamos que, al iniciarse el proceso de
ebullición (salida del sistema), la persona presente comienza a actuar sobre la llave de
gas de la hornalla, disminuyendo la llama (entrada del sistema) hasta apagarla.
En el primer caso, estamos ante un sistema de control de lazo abierto; en la segundo,
ante un sistema de control de lazo cerrado.
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El ejemplo anterior ilustra, con sus dos variantes, controles manuales del proceso porque
es una persona quien actúa sobre el sistema, regulando y apagando la llama de la
hornalla, en el caso de lazo cerrado.
Ampliación Conceptual
Sistemas de control de lazo abierto
En estos sistemas la señal de salida no influye sobre su regulación. Se obtienen los datos
de entrada y se ejecuta el proceso de control.
Un ejemplo de sistema de lazo abierto es el semáforo. La señal de entrada es el tiempo
asignado a cada luz (rojo, amarilla y verde) de cada una de las calles. El sistema cambia
las luces según el tiempo indicado, sin importar que la cantidad de tránsito varíe en las
calles.
La mayor parte de sistemas de lazo abierto serán automatismos a los que no podremos
llamar en sentido estricto robots porque, al no tener en cuenta la salida, su capacidad de
toma de decisiones “inteligentes” es muy limitada.
Por ejemplo, un sistema de riego en lazo abierto tiene un temporizador que lo pone en
marcha todos los días a una determinada hora; riega las plantas durante un cierto tiempo
pasado el cual se interrumpe, con independencia de que las plantas hayan recibido la
cantidad de agua adecuada, una cantidad excesiva o una cantidad insuficiente. Se trata
de un automatismo, pero no de un auténtico robot.
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Sistemas de control de lazo cerrado
Se trata de aquellos sistemas que poseen retro alimentación de la señal de salida que
interviene en la regulación.
Un equipo de aire acondicionado es un sistema de lazo cerrado, ya que cuenta con un
sensor que permanentemente registra la temperatura ambiente, y con un comparador,
que determina sí la temperatura es la deseada. Si es necesario corregirla, el comparador
da la señal para que esto ocurra.
Un sistema de riego en lazo cerrado, no se detendrá al cabo de un tiempo fijo, sino
cuando detecte que se está consiguiendo el objetivo buscado, es decir, que la humedad
de las plantas es la adecuada. Y se pondrá en marcha, no a una hora determinada, sino
en cualquier momento en que la humedad se sitúe por debajo de un valor determinado.
Las estufas pueden tener sistemas de control de lazo abierto o de lazo cerrado.
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Esquema lazo abierto
Esquema lazo cerrado
Consideremos, por ejemplo, el subsistema motor, en una heladera eléctrica familiar:
La persona que manipula la heladera selecciona un punto de temperatura interna y
acciona manualmente el regulador que se encuentra en el interior del artefacto, que actúa
como señal de referencia.
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Se pone en funcionamiento la heladera y el sistema de control que posee el equipo
comanda el funcionamiento (paradas y arranques) del equipo de frío, tratando de
mantener el valor de la temperatura interna en el valor más ajustado posible al valor
prefijado.
Estas operaciones de arranque y parada las efectúa automáticamente, sin intervención
del hombre.
Pensemos ahora en el siguiente ejemplo del horno. ¿Cómo puede regularse la
temperatura del horno para cocinar un pollo durante una hora?
Los pasos a seguir serían:
1. Encender el quemador;
2. Girar la perilla de la válvula que regula el gas, de manera que la cantidad de calor que
se genera satisfaga las indicaciones de la receta leve, moderado, fuerte). En ese
momento, una válvula reguladora (el sistema de control) se abrirá o se cerrará para que
pase la cantidad de gas necesaria para que arda en el quemador con el calor deseado. Si
se desea modificar la temperatura, se debe girar la perilla de la válvula a fin de dejar
pasar más o menos gas.
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Luego hay que colocar el pollo dentro del horno durante el tiempo establecido.
Éste es un sistema de control de lazo abierto, pues la salida no modifica el funcionamiento
del sistema.
¿Pero qué sucedería si durante la hora de cocción la presión del gas en la línea
disminuyera? Pasará menos gas y no se alcanzará el punto de cocción en el tiempo
buscado.
Los sistemas de lazo abierto no cumplen su función en presencia de modificaciones o
perturbaciones del medio.
Este tipo de inconveniente tiene lugar a diario en innumerables situaciones; para
solucionarlos, se han desarrollado los sistemas de lazo cerrado, en los cuales se incluyen
tres nuevos elementos: el sensor, la retroalimentación y el comparador.
•
El sensor colecta la información sobre el estado de salida del sistema.
•
La retroalimentación es la vía por la cual viaja esa información.
•
El comparador coteja esa salida con la entrada del sistema.
Si la entrada y la salida son iguales, el sistema se encuentra estabilizado; pero si son
diferentes, entonces el controlador reaccionará modificando el sistema para corregir la
situación.
Éste es el caso de los hornos que se usan en los procesos industriales, y que tienen un
sistema de control de lazo cerrado. En ellos, la entrada es la temperatura buscada del
horno, por ejemplo, 120 ºC. El controlador, una válvula de gas electrónica, dejará pasar
suficiente gas a fin de alcanzar esa temperatura. Si la presión del gas descendiera, o si
hiciera mucho frío alrededor, entonces, un sensor de temperatura enviaría una señal de
retroalimentación al comparador, y éste abrirá la válvula para dejar pasar mayor cantidad
de gas.
El comparador permanentemente toma la señal de entrada, la compara con la
retroalimentación, e informa al controlador si debe realizar modificaciones para estabilizar
el sistema.
Termostato bimetal para un quemador de gas
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Termostato electromecánico
Lazos de realimentación
En los sistemas de control pueden existir dos tipos de lazos de realimentación (Gay,
A.; Ferreras, M. Op.cit.):
Lazo de realimentación positiva (aumento de la divergencia)
Lazo de realimentación negativa (convergencia hacia un fin)
Realimentación positiva
Para comprender este concepto consideremos, inicialmente, el caso de las poblaciones
Y de la basura que en ellas se produce:
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Es éste un caso de realimentación positiva –en el lenguaje común se suele conocer como
efecto “bola de nieve”–.
Esto ocurre cuando un aumento de la señal de realimentación produce un aumento en la
salida del sistema: la situación final cada vez tiene más divergencia con respecto a la
situación inicial.
La representación esquemática en un diagrama en bloques sería:
Lo señalado para el aumento también es válido para la disminución. En cualquiera de los
casos, el sistema tiende al desequilibrio (destrucción o bloqueo, respectivamente).
Es decir, el sistema tiende al colapso.
Por este motivo, los sistemas de realimentación positiva no tienen campo de aplicación en
los sistemas de control automático que se utilizan en los procesos, plantas o equipos, ya
que ahí lo que se trata de lograr es el equilibrio de los sistemas.
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Realimentación negativa
El sistema de realimentación negativa es el utilizado en los sistemas de control
automático, ya que –en general– se desea que el sistema tienda al equilibrio.
Esto sucede con:
El control de la temperatura de una plancha,
El ajuste a la ruta de un avión cuando éste está conducido por un piloto automático,
El número de r.p.m. en un motor si aumenta o disminuye la carga,
La regulación de la salida de agua de un dique si aumenta o disminuye el aporte de agua
al embalse, etc.
La representación esquemática de un sistema de realimentación negativa mediante un
diagrama en bloques es ésta:
Señales de control
Los sistemas de control operan, en general, con magnitudes de baja potencia, llamadas
genéricamente señales de control o, simplemente, señales.
Las señales de control gobiernan los accionamientos de potencia (motores, contactores,
válvulas de cierre y apertura o regulación, distintos componentes eléctricos y, o
mecánicos, etc.) que actúan sobre equipos, plantas o procesos, y que son los que
realmente –en forma directa o indirecta– llevan a cabo el aporte energético sobre el
sistema.
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Las señales que gobiernan los accionamientos de un sistema –señales de control– son
producidas a partir de las señales de referencia y de realimentación que llegan al
dispositivo de comparación, el cual emite una señal de desviación que actúa sobre el
elemento de control y éste sobre el proceso.
Las señales de realimentación son producidas por sensores (denominados también
detectores o captadores) que intervienen en el proceso, equipo, planta o sistema.
Éstos convierten información física real –como temperatura, presión, nivel de iluminación,
velocidad, tiempo, intensidad de la corriente eléctrica, tensión, peso, caudal, cantidad de
piezas, etc. –, en una señal de realimentación que, una vez procesada, es utilizada para
supervisar y controlar el sistema.
Actúan como sensores:
El termostato de la heladera, plancha o el del equipo de aire acondicionado,
El dispositivo de encendido de la luz de emergencia, en pasillos de edificios,
El dispositivo que no habilita el funcionamiento de ascensores, trenes y subterráneos por
puerta abierta,
El presostato que controla la presión de un tanque de aire comprimido, etc.
A los sensores se los suelen denominar, frecuentemente, transductores, cuando
convierten una señal de una naturaleza en una señal de otra naturaleza. Pero, en
aplicaciones industriales se utiliza, en general, la palabra transductor, cuando se quiere
señalar una conversión de una señal de cualquier naturaleza en una señal eléctrica.
Son ejemplos de transductores:
Un micrófono, que transforma energía sonora en una señal eléctrica.
El parlante de un baffle, que actúa de modo inverso al micrófono, ya que transforma una
señal eléctrica de audio en energía sonora.
Una termocupla, que transforma una señal de temperatura en una señal eléctrica (estufa
a gas, calefón, termotanque, etc.).
Un detector de llama, que transforma una señal luminosa (energía radiante) en una señal
eléctrica.
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Una dínamo tacométrica, que transforma la velocidad angular del volante del motor de un
auto, en una tensión eléctrica que se lee en el taquímetro (voltímetro calibrado en r.p.m.)
del tablero del auto como r.p.m.
Las señales producidas por sensores pueden ser analógicas o digitales binarias.
(Binaria significa con dos estados: dos dígitos; alto, bajo; high – low; 1 – 0)
Sensores o captadores
Habitualmente los sistemas automáticos se ponen en marcha según los datos que reciben
del entorno mediante unos dispositivos llamados sensores. Los sensores miden o
detectan los cambios que se producen en el entorno respecto a ciertas magnitudes:
temperatura, posición, velocidad, presión, etc.
Las puertas que se abren automáticamente en presencia de una persona, tienen un
sensor óptico. Los sensores son dispositivos que captan información del medio y son
capaces de traducir y transmitir esa información a un elemento controlado!:
De acuerdo con el tipo de señal que emitan, los sensores se pueden clasificar en digitales
y analógicos. En los sensores digitales, la señal de salida sólo tiene dos posibles estados:
"bajo" y "alto". La salida cambia de un estado a otro cuando el estímulo de entrada supera
un umbral predeterminado. En cambio, en los sensores analógicos, la seña! de salida se
modifica proporciona (mente a la señal de entrada. Por ejemplo, un termómetro digital
emitirá una señal eléctrica si la temperatura excede, por ejemplo, los 70 °C, y una baja si
ésta es menor de 70 °C. Por su parte, el termómetro analógico emitirá una corriente
eléctrica tanto más intensa cuanto mayor sea la temperatura. De acuerdo con la señal que
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reciben, los sensores se pueden clasificar en ópticos y de posición (de fin de carrera y de
distancia), entre otros.
Los sensores ópticos son dispositivos sensibles a la cantidad de luz que incide sobre
ellos. Contienen una célula fotoeléctrica, capaz de conducir más corriente eléctrica
cuanta más energía luminosa recibe. Son muy utilizados como sensores de
proximidad, es decir, reaccionan a la presencia de una persona u objeto. Están
compuestos por un emisor de luz infrarroja y un receptor del mismo tipo de luz. Ambos
miran en la misma dirección, y cuando un objeto se sitúa frente a ellos, la luz emitida
por el emisor es reflejada en el objeto hacia el receptor, el cual se activa. El emisor y
el receptor también pueden montarse a cierta distancia uno del otro, a fin de construir
una barrera luminosa. Cuando un objeto se interpone, el receptor deja de recibir la luz
emitida por el emisor.
Los Sensores de Posición permiten conocer la posición relativa de un objeto en un
sistema. Pueden percibir la presencia del objeto en el extremo de un recorrido, como los
sensores de fin de carrera, o la distancia a la que se encuentra el objeto del sensor, como
los sensores de distancia.
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Los Sensores de Contacto (fin de carrera) son, básicamente, interruptores que se
accionan cuando un elemento móvil alcanza determinado punto de su recorrido, que no
se desea sobrepasar. También se usan como elementos de seguridad: todos los
ascensores tienen estos sensores en los pisos más bajos y más altos, que desconectan y
bloquean el sistema de movimiento ante cualquier desperfecto. Son excelentes ejemplos
de sensores digitales. Mientras el objeto no llegue al final del recorrido, la salida se encuentra, por ejemplo, en "bajo". Cuando el objeto acciona el sensor, la salida cambia
inmediatamente a "alto".
Según su principio de funcionamiento, los sensores de final de carrera se clasifican en
sensores inductivos o capacitivos.
•
Los sensores inductivos utilizan un campo magnético que se modifica según la
distancia a la que se encuentra un objeto metálico.
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•
Los sensores capacitivos emplean un campo eléctrico que se modifica según la
distancia a la que se encuentra el objeto. Pueden reaccionar ante cualquier tipo de sólidos
suficientemente densos, y también líquidos.
Los Sensores de Temperatura
El sensor de temperatura (que muchas veces es mal llamado también termostato) es un
sensor graduado con un rango de operación.
Los Sensores de Humedad se basan en que el agua no es un material aislante como el
aire sino que tiene una conductividad eléctrica, por lo tanto un par de cables eléctricos
desnudos (sin cinta aislante recubriéndolos) van a conducir una pequeña cantidad de
corriente si el ambiente es húmedo; si colocamos un transistor en zona activa que
amplifique esta corriente tenemos un detector de humedad.
Los Sensores Magnéticos básicamente detectan los campos magnéticos que provocan
los imanes o las corrientes eléctricas. El principal es el llamado interruptor Reed;
consiste en un par de láminas metálicas de materiales ferromagnéticos metidas en el
interior de una cápsula que se atraen en presencia de un campo magnético, cerrando el
circuito.
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Los Sensores Infrarrojos son diodos capaces de emitir luz infrarroja y transistores
sensibles a este tipo de ondas y que por lo tanto detectan las emisiones de los diodos.
Esta es la base del funcionamiento de los mandos a distancia; el mando contiene diodos
que emiten infrarrojos que son recibidos por los fototransistores del aparato.
Los diodos de infrarrojos son a simple vista idénticos a los LED, como se puede apreciar
en la imagen, y se representan de la misma manera, mientras que el símbolo de los
fototransistores es semejante al de los transistores normales pero añadiendo las flechas
que representan la luz que reciben. Recordemos que las flechas salen del elemento
cuando éste emite luz o radiación infrarroja y entran en él cuando el elemento recibe dicha
radiación.
Los Sensores de Humo detectan los humos visibles mediante la absorción o difusión de
la luz. Básicamente es un aparato de seguridad que detecta la presencia de humo en
el aire y emite una señal avisando del peligro de incendio. Son utilizados para la detección
de gases y humos de combustión que no son visibles a simple vista.
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Sensor de Viento. La mayoría de los modelos de mercado se basan en el principio de
funcionamiento de un anemómetro de paletas que giran a una velocidad proporcional al
viento; el límite de velocidad puede ajustarse a través de un potenciómetro.
Sensor de Lluvia. Un sensor de lluvia ofrece una señal binaria cuando se detecta que se
ha producido la caída de gotas de lluvia en cantidad suficiente. La utilización está
relacionada con el riego de jardines, recogida de toldos, cierres de persianas, etc.
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Acondicionamiento de señales
Normalmente las señales que recibe el microprocesador procedente de los sensores no
son adecuadas para su procesamiento, por lo que deben ser modificadas. También deben
ser acondicionadas al salir del controlador para hacerlas compatibles con los actuadores.
Para adecuar o acondicionar estas señales existen elementos que veremos a
continuación:
Elementos de Protección: Protegen al microprocesador de señales eléctricas de voltaje o
intensidad elevadas. Para ello se emplean los fusibles.
Amplificadores: Las señales emitidas por los sensores son de pocos milivoltios, por lo que
resulta necesario amplificarlas. Para ello se emplean amplificadores operacionales.
Comparadores: Los comparadores, como su nombre lo indica, comparan las señales de
entrada y de salida provenientes de la retroalimentación. Pueden ser analógicos comparan magnitudes similares en forma continua (corrientes eléctricas, distancias,
presiones, etc.) o digitales -comparan señales "alto"-"bajo"-. Cuando la señal de
retroalimentación no coincide con la de entrada, envían otra señal a los controladores
para que accionen los actuadores y equilibren el sistema, hasta que la señal de salida, en
una nueva comparación, coincida con la de entrada. Permiten comparar las señales de
entrada y salida. Se emplean amplificadores operacionales.
Filtros: Solo permiten el paso de una banda de frecuencias para eliminar las distorsiones
de las señales analógicas de los sensores.
Convertidores de Señal: La salida de la mayoría de los sensores es de tipo analógico y
deben convertirse en digitales. Del controlador a los actuadores debe hacerse la
conversión contraria, de digital a analógico.
Procesadores y Controladores
Entre los sensores y los actuadores de un sistema de control está la unidad de
controlo controlador, que se encarga de analizar la información que le mandan los
sensores, tomar decisiones y dar las órdenes para que actúen los elementos de salida.
Según la situación de control, el controlador puede configurarse como:
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•
Un circuito electrónico específico
•
Un controlador lógico programable
•
Un control por ordenador
Actuadores en los Sistemas de Control
El objetivo final de los sistemas de control automático consiste en iniciar, parar o regular el
funcionamiento de los actuadores. Existen una gran cantidad de actuadores.
Cilindros Neumáticos e Hidráulicos. Proporcionan las fuerzas necesarias para partes
móviles de maquinas y brazos de robots, a través de cilindros y pistones.
Motores Eléctricos. Los motores eléctricos de corriente continua se utilizan para
proporcionar movimientos giratorios en los que se requiere mucha precisión.
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Motores pasó a paso. Los motores paso a paso permiten controlar de forma precisa el
ángulo de giro del motor, haciendo que el motor se coloque en una posición determinada.
Lámparas. Permiten suministrar luz cuando el sistema automático detecta a través de los
sensores la falta de luz.
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Sirenas. Se trata de un elemento que generalmente se utiliza en sistemas de seguridad,
el mismo recibe una señal la cual transforma la energía eléctrica en energía sonora.
Puede tener además diferentes sistemas luminosos que funcionan en conjunto con la
disuasión sonora.
Electro Válvulas. Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para
controlar el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería.
Automatismos analógicos y digitales
Según la naturaleza de las señales que intervienen en el proceso, los sistemas de control
pueden dividirse en los grupos siguientes:
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a) Sistemas digitales
b) Sistemas analógicos
c) Sistemas híbridos
Los Sistemas Digitales utilizan señales todo o nada, si o no, llamadas señales binarias
por poseer sólo dos estados: abierto o cerrado, alto o bajo, etc. Estos niveles o estados se
representan por variables lógicas o bits, cuyo valor sólo puede ser 0 o 1.
Dentro de estos sistemas se pueden distinguir dos subgrupos: los que utilizan un sólo bit
denominados automatismos lógicos y aquellos que procesan señales de varios bits para
representar cantidades numéricas y que son conocidos como automatismos digitales.
Los Sistemas Analógicos trabajan con señales continuas con un margen de variación
determinado. Suelen representar magnitudes físicas del proceso, como presión o
temperatura por ejemplo, mediante una tensión o corriente proporcionales a su valor.
Los sistemas modernos con un cierto grado de complejidad, y en particular los autómatas
programables, son casi siempre híbridos procesando señales de los dos tipos anteriores.
En la actualidad se tiende al procesamiento en forma digital basados en un
microprocesador que trata las señales todo o nada como un bit y las analógicas como
numéricas.
Dado que existen muchos sensores y actuadores que trabajan con señales analógicas,
las interfaces deben de realizar la conversión analógica-digital (llamada A/D) para obtener
una señal digital a partir de la analógica, y la digital-analógica (llamada D/A) para obtener
señales analógicas a partir de las cantidades numéricas que suministra el controlador
digital.
Sistemas Cableados y Programables
Las opciones tecnológicas generales pueden verse en el cuadro siguiente:
Tipo
Familia Tecnológica
Lógica cableada
Eléctrica
Lógica programada
Electrónica
Electrónica
Subfamilias Específicas
Relés Electromagnéticos
Electroneumática
Electrohidráulica
Electrónica Estática
Sistemas
Microcomputadores
Informáticos
Minicomputadores
Microsistemas (universales específicos)
Autómatas programables (PLC)
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El sistema de "lógica cableada" surgió como paso previo al de lógica programada.
Estos sistemas cableados realizan una función de control fija, que depende de los
componentes y de como están conectados entre sí. Son sistemas poco adaptables.
La lógica debe entenderse que será cableada si se usan sistemas eléctricos puros, pero
será con cañerías si se usan sistemas neumáticos, o bien constarán de ambos medios de
conducción de las señales si son híbridos.
El éxito de los sistemas de "lógica programable" reside en el hecho de estar compuestos
por elementos comunes (hardware estándar) y lo que se cambia es el programa
(software). Esto permite una rápida y segura adaptación a nuevas exigencias de la
producción, condición muy importante en el mercado competitivo actual. Por otra parte no
son equipos caros ni consumen grandes energías. La tabla siguiente muestra una
comparación entre los dos sistemas:
Tabla Comparativa entre Sistemas de Lógica Cableada y Programable
Característica
Flexibilidad de adaptación al proceso
Hardware Estándar para Distintas
Aplicaciones
Posibilidades de Ampliación
Interconexiones y Cableado Exterior
Tiempo de Desarrollo del Proyecto
Posibilidades de Modificación
Mantenimiento
Herramientas para Prueba
Stocks de Mantenimiento
Modificaciones sin Parar el Proceso
Costo para pequeñas series
Estructuración en Bloques independientes
Cableado
Programable
Baja
No
Alta
Si
Bajas
Mucho
Largo
Difícil
Difícil
No
Medios
No
Alto
Difícil
Altas
Poco
Corto
Fácil
Fácil
Si
Bajos
Si
Bajo
Fácil
Un sistema puede utilizar combinaciones de distintas tecnologías conforme a los
requerimientos de la instalación, por ejemplo: en la industria del petróleo y de
combustibles en general, se utilizaron siempre actuadores neumáticos, debido a los
riesgos de incendios provocados por alguna descarga eléctrica accidental. Pero cada vez
más se usa la tecnología eléctrica y electrónica para el control, supervisión y optimización
de los procesos, dejando el comando de las válvulas con actuadores neumáticos.
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Entre los sistemas programables podemos establecer la separación entre los de
"programa fijo" realizado a medida de los requerimientos del usuario por el fabricante, y
los programados por el usuario, o de "programación abierta". La única desventaja que
tiene la programación abierta es la necesidad de contar con técnicos especializados en el
diseño del sistema de control, o de sus modificaciones, y en la programación de los
dispositivos de control.
La tabla siguiente establece la comparación entre lógica cableada con relés, la lógica
programada a medida o fija, y la lógica programada por el usuario.
Comparación de Sistemas Lógicos a Medida y Sistemas Programables por el Usuario
Característica
Volumen
Consumo
Velocidad
Interconexión de Varios Procesos
Desgastes
Robustez
Ampliación
Flexibilidad
Costo por Variable Interna
Costo para
Pequeñas series
E/S > 15:
Grandes series
Personal de Mantenimiento
Especializado
Stocks de mantenimiento
Lógica Combinacional
Lógica Secuencial
Instrucciones Aritméticas
Reguladores
Funciones Textos
Gráficos
Comunicaciones
Toma Decisiones
Software Standard
Sistema de
Relés
Alto
Alto
Baja
Difícil
Alto
Alta
Difícil
Poca
Alto
Lógica a
Medida
Bajo
Bajo
Alta
Difícil
Bajo
Baja
Muy Difícil
Nula
Medio
Autómata
Programable
Bajo
Bajo
Media
Fácil
Bajo
Baja
Fácil
Alta
Bajo
Alto
Medio
Bajo
Alto
Bajo
Medio
Poco
Mucho
Medio
Bajos
Si
Limitada
No
No
No
No
No
Bajo Nivel
No
Altos
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
No
Medios
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
[email protected]
243
Sistema de Control
con Lógica Digital
[email protected]
244
Sistema de control con lógica digital
Los sistemas de control que utilizan lógica digital tienen, hoy en día, un vasto campo de
aplicación en la producción de bienes y de servicios; el transporte, las comunicaciones,
los servicios de salud, el campo de las finanzas los integran hasta tal punto que, en el
área de las comunicaciones, se habla ya de la Generación Digital.
Retomemos lo ya planteado acerca de señales digitales binarias.
Su rasgo diferencial radica en que son señales que únicamente pueden tener dos
estados:
Alto – Bajo
Verdadero – Falso
1 (Uno) – 0 (Cero)
Interruptor Cerrado 1(Uno) - Interruptor
Funciones Lógicas
El campo de la lógica digital se basa en tres operaciones o funciones básicas, a partir de
las cuales se construye toda la lógica combinacional y secuencial, hasta el límite de los
microprocesadores.
Las tres funciones básicas son:
Para analizar cada una de estas funciones vamos a utilizar ejemplos típicos del área eléctrica;
pero, es importante dejar aclarado que estas funciones –y, por ende, la lógica digital– son de
aplicación en otras áreas: la mecánica, la electrónica, la fluídica (la hidráulica, la neumática), la
informática, las comunicaciones, el transporte, etc.
[email protected]
245
Los ejemplos del área eléctrica, por otra parte, nos van a resultar simples de materializar en
proyectos tecnológicos, ya que requieren elementos accesibles como pilas, lamparitas,
interruptores o pulsadores, cables, portalámparas...
Función AND (Y)
Consideremos el siguiente circuito, compuesto por una pila (generador), dos interruptores
(dispositivo de mando o de maniobra) y una lamparita (consumo).
Del análisis del circuito podemos señalar que:
La lamparita L sólo se encenderá (valor verdadero o alto o 1) si y sólo si el interruptor A
está cerrado Y (AND) el interruptor B está cerrado. Es decir, cuando ambos interruptores
están en estado 1.
Debido a que los interruptores son elementos de maniobra o de control, podemos asociar
la operación de los interruptores a señales de información, de mando o de control.
Para este caso, entonces, si ambas señales (interruptor A e interruptor B) son de valor
alto (interruptores cerrados), la lamparita (salida) será de valor alto (estará encendida).
Otro elemento importante para analizar en el comportamiento de esta función lógica es lo
que se denomina Tabla de Verdad o Tabla de Certeza.
Tabla de Verdad
Figura
Interruptor A
Interruptor B
Lámpara L
N° 1
0
0
0
N° 2
0
1
0
N° 3
1
0
0
N° 4
1
1
1
[email protected]
246
Figura N° 1 (AND)
Cuando el Interruptor “A” tiene valor 0 (Cero) y el Interruptor “B” tiene valor 0(Cero) la
salida Lámpara “L” tiene valor 0(Cero).
Figura N° 2 (AND)
Cuando el Interruptor “A” tiene valor 0 (Cero) y el Interruptor “B” tiene valor 1(Uno) la
Figura N° 3 (AND)
Cuando el Interruptor “A” tiene valor 1(Uno) y el Interruptor “B” tiene valor 0(Cero) la
[email protected]
247
Figura N° 4 (AND)
Cuando el Interruptor “A” tiene valor 1(Uno) y el Interruptor “B” tiene valor 1(Uno) la salida
Lámpara “L” tiene valor 1(Uno).
Función OR (O)
Consideremos el siguiente circuito, compuesto por una pila (generador), dos interruptores
[email protected]
248
La lamparita L se encenderá (valor verdadero o alto o 1), si el interruptor A está
cerrado O (OR) el interruptor B está cerrado. Es decir, cuando uno cualquiera de los
dos interruptores esté en estado 1.
Debido a que los interruptores son elementos de maniobra o de control, podemos
asociar la operación de los interruptores a señales de información, de mando o de
control.
En este caso, basta que una las señales (interruptor A o interruptor B) sea de valor
alto (interruptores cerrados), para que la lamparita (salida) sea de valor alto (esté
encendida).
Tabla de Verdad
Figura
Interruptor A
Interruptor B
Lámpara L
N° 1
0
0
0
N° 2
0
1
1
N° 3
1
0
1
N° 4
1
1
1
Figura N° 1 (OR)
Cuando el Interruptor “A” tiene valor 0 (Cero) y el Interruptor “B” tiene valor 0(Cero) la
[email protected]
249
Figura N° 2 (OR)
Cuando el Interruptor “A” tiene valor 0 (Cero) y el Interruptor “B” tiene valor 1(Uno) la
salida Lámpara “L” tiene valor 1(Uno).
Figura N° 3 (OR)
Cuando el Interruptor “A” tiene valor 1(Uno) y el Interruptor “B” tiene valor 0(Cero) la
salida Lámpara “L” tiene valor 1(Uno).
[email protected]
250
Figura N° 4 (OR)
Cuando el Interruptor “A” tiene valor 1(Uno) y el Interruptor “B” tiene valor 1(Uno) la salida
Lámpara “L” tiene valor 1(Uno).
[email protected]
251
Función NOT (Inversor)
Consideremos el siguiente circuito, compuesto por una pila (generador), un interruptor
El circuito dispone, además, de una resistencia R que tiene por finalidad evitar un
cortocircuito sobre el generador al cerrar el interruptor.
La lamparita L se encenderá (valor verdadero o alto o 1) si el interruptor A está abierto. Si
el interruptor A está cerrado, la lámpara se apagará, ya que no existe diferencia de
potencial entre sus bornes (cero tensiones).
Figura N° 1 (NOT)
Cuando el Interruptor “A” tiene valor 0(Cero), la salida Lámpara “L” tiene valor 1(Uno).
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252
Figura N° 2 (NOT)
Cuando el Interruptor “A” tiene valor 1(Uno), la salida Lámpara “L” tiene valor 0(Cero).
[email protected]
253
Compuertas lógicas
A los dispositivos lógicos básicos se los denomina compuertas, lo que significa que la
señal en la salida tomará un valor dado, según el valor de las señales presentes en las
entradas
Las compuertas lógicas son dispositivos que tienen una única salida; pero, las entradas
pueden ser varias.
Las compuertas lógicas básicas se pueden combinar para formar sistemas lógicos
complejos.
Para analizar los funciones lógicas de diferentes compuertas, se utilizan las Tablas de
Verdad que muestran las relaciones entre las variables de entrada y la salida, de manera
similar a como lo planteamos respecto de los interruptores.
Compuerta “Si” o Buffer
La puerta lógica SÍ, realiza la función booleana igualdad. En la práctica se suele
utilizar como amplificador de corriente o como seguidor de tensión, para adaptar
impedancias (buffer en inglés).
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta SÍ es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
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254
Símbolo de la función lógica SÍ: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado
Compuerta “AND”
La puerta lógica Y, más conocida por su nombre en inglés AND (
),
realiza la función booleana de producto lógico. Su símbolo es un punto (·), aunque se
suele omitir. Así, el producto lógico de las variables A y B se indica como AB, y se lee A y
B o simplemente A por B.
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta AND es:
También puede verse escrita de las siguientes formas:
F=AB F=A*B F=AxB
Su tabla verdad será la siguiente:
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255
La salida de la compuerta AND será verdadera o alta (1) si y sólo si todas las entradas
son verdaderas o altas (1)
Símbolo de la función lógica “Y”: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado
Puerta AND con Transistores.
Compuerta “OR”
La puerta lógica O, más conocida por su nombre en inglés OR (
la operación de suma lógica.
), realiza
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta OR es:
[email protected]
256
La salida de la compuerta OR será verdadera o alta (1), si cualquiera de sus entradas es
verdadera o alta (1)
Símbolo de la función lógica “O”: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado
Puerta OR con Transistores.
[email protected]
257
Compuerta “NOT”
La puerta lógica NO (NOT en inglés) realiza la función booleana de inversión o negación
de una variable lógica. Una variable lógica A a la cual se le aplica la negación se
pronuncia como "no A" o "A negada".
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NOT es:
Se puede definir como una puerta que proporciona el estado inverso del que esté en su
entrada.
La salida de la compuerta NOT será verdadera o alta (1) si y sólo si la entrada es falsa o baja (0).
A la inversa, la salida de la compuerta NOT será falsa o baja (0) si y sólo si la entrada es verdadera
o alta (1).
Símbolo de la función lógica “NOT”: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado
[email protected]
258
Puerta NOT con Transistores.
Compuerta “OR-exclusiva (XOR)”
La puerta lógica OR-exclusiva, más conocida por su nombre en inglés XOR, realiza la
función booleana A'B+AB'. Su símbolo es el más (+) inscrito en un círculo.
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta XOR es:
[email protected]
259
Se puede definir esta puerta como aquella que da por resultado uno, cuando los valores
en las entradas son distintos. ej.: 1 y 0, 0 y 1 (en una compuerta de dos entradas). Se
obtiene cuando ambas entradas tienen distinto valor.
Si la puerta tuviese tres o más entradas, la XOR tomaría la función de suma de paridad,
cuenta el número de unos a la entrada y si son un número impar, pone un 1 a la salida,
para que el número de unos pase a ser par. Esto es así porque la operación XOR
es asociativa, para tres entradas su tabla de verdad sería:
Símbolo de la función lógica O-exclusiva: a) Contactos, b) Normalizado y c) No
normalizado
Compuerta “NO-Y” “NAND”
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260
La puerta lógica NO-Y, más conocida por su nombre en inglés NAND, realiza la operación
de producto lógico negado.
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NAND es:
Podemos definir la puerta NO-Y como aquella que proporciona a su salida un 0 lógico
únicamente cuando todas sus entradas están a 1.
Símbolo de la función lógica NO-Y: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado
Puerta NAND con transistores.
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261
Compuerta NO-O (NOR)
La puerta lógica NO-O, más conocida por su nombre en inglés NOR, realiza la operación
de suma lógica negada.
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NOR es:
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262
Podemos definir la puerta NO-O como aquella que proporciona a su salida un 1 lógico
sólo cuando todas sus entradas están a 0. La puerta lógica NOR constituye un conjunto
completo de operadores.
Símbolo de la función lógica NO-O: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado
Puerta NOR con transistores
Compuerta equivalencia (XNOR)
La puerta lógica equivalencia, realiza la función booleana AB+~A~B. Su símbolo es un
punto (·) inscrito en un círculo.
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta XNOR es:
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263
Se puede definir esta puerta como aquella que proporciona un 1 lógico, sólo si las dos
entradas son iguales, esto es, 0 y 0 ó 1 y 1 (2 encendidos o 2 apagados). Sólo es
verdadero si ambos componentes tiene el mismo valor lógico
Símbolo de la función lógica equivalencia: a) Contactos, b) Normalizado y c) No
normalizado
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264
Aplicaciones de Los
Sistemas de Control
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265
Aplicaciones de los Sistemas de Control
Domótica
Por Domótica entendemos la incorporación al equipamiento de nuestras viviendas y
edificios de una sencilla tecnología que permita gestionar de forma energéticamente
eficiente, segura y confortable para el usuario, los distintos aparatos e instalaciones
domésticas tradicionales que conforman una vivienda (la calefacción, la lavadora, la
iluminación...).
La Domótica busca el aprovechamiento al máximo de la energía y luz solar adecuando su
comportamiento a nuestras necesidades.
Beneficios
Los beneficios que aporta la Domótica son múltiples, y en general cada día surgen
nuevos. Por ello creemos conveniente agruparlos en los siguientes apartados:
a) El ahorro energético gracias a una gestión tarifaria e "inteligente" de los sistemas y
consumos.
b) La potenciación y enriquecimiento de la propia red de comunicaciones.
c) La más contundente seguridad personal y patrimonial.
d) La tele asistencia.
e) La gestión remota (vía teléfono, radio, internet, etc.) de instalaciones y equipos
domésticos.
f) Como consecuencia de todos los anteriores apartados se consigue un nivel de confort
muy superior. Nuestra calidad de vida aumenta considerablemente.
Aplicaciones de la Domótica
Las posibles aplicaciones son innumerables dadas las posibilidades de la Domótica y las
posibles necesidades de los propios usuarios, por ello trataremos de agruparlas en
algunas comunes. Son:
En el ámbito del ahorro energético.
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266
a) Programación y zonificación de la climatización.
b) Racionalización de cargas eléctricas: desconexión de equipos de uso no prioritario en
función del consumo eléctrico en un momento dado. Reduce la potencia contratada.
c) Gestión de tarifas, derivando el funcionamiento de algunos aparatos a horas de tarifa
reducida.
En el ámbito del nivel de confort:
a) Apagado general de todas las luces de la vivienda.
b) Automatización del apagado/ encendido en cada punto de luz.
c) Regulación de la iluminación según el nivel de luminosidad ambiente.
d) Automatización de todos los distintos sistemas/ instalaciones / equipos dotándolos de
control eficiente y de fácil manejo.
e) Integración del portero al teléfono, o del video portero al televisor.
En el ámbito de la protección personal y patrimonial:
a) Detección de un posible intruso.
b) Simulación de presencia.
c) Detección de conatos de incendio, fugas de gas, escapes de agua.
d) Alerta médica. Tele asistencia.
e) Cerramiento de persianas puntual y seguro.
En comunicaciones:
a) Control remoto.
b) Transmisión de alarmas.
c) Intercomunicaciones.
Tipología de la Vivienda
Separamos dos tipos de vivienda: la existente y la de nueva construcción, así como los
edificios terciarios.
La oferta actual de productos y servicios Domóticos es atractiva y se adapta a cualquier
tipología de vivienda y/o edificio, ya sea existente o de nueva construcción.
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267
Nueva Construcción
En el caso de vivienda o edificio de nueva construcción o de rehabilitación profunda, se
recomienda la colocación de un cableado específico que transmita la información
necesaria entre los diferentes elementos del sistema.
Reforma
En el caso de vivienda/edificio existente los requisitos de instalación son mínimos ya que
es posible aprovechar la propia red eléctrica de la vivienda y la tecnología radio (sin
cables) como medio de transmisión.
En cualquier caso, los mecanismos de uso son actualmente sencillos y su coste se ha
reducido sensiblemente en los últimos años.
En cuanto a la tipología con referencia a las personas, es muy necesario mencionar la
importancia de los sistemas Domóticos para personas mayores o discapacitadas.
En estas circunstancias algunas medidas de confort se convierten en necesidades vitales
y los mecanismos de seguridad cobran un interés específico evidente.
Elementos de la Instalación
Son muchos los elementos que componen los distintos sistemas de automatización de
viviendas y edificios, desde una central de gestión para sistemas centralizados hasta un
mando automático a distancia.
Dentro de esta multiplicidad de elementos, empezamos con la definición de dos
elementos muy característicos: los sensores y los actuadores.
Sensores en Domotica
Los sensores son los elementos que utiliza el sistema para conocer el estado de ciertos
parámetros (la temperatura ambiente, la existencia de un escape de agua, etc.). Entre los
más comúnmente utilizados se distinguen los siguientes:
Termostato de ambiente, destinado a medir la temperatura de la estancia y permitir la
modificación de parámetros de consigna por parte del usuario.
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268
Sensor de temperatura interior, destinado a medir únicamente la temperatura de la
estancia.
Sensor de temperatura exterior, destinado a optimizar el funcionamiento de la calefacción
a través de una óptima regulación de su carga y/o funcionamiento.
Sondas de temperatura para gestión de calefacción, necesarias para controlar de forma
correcta distintos tipos de calefacción eléctrica (por ejemplo, sondas limitadoras para
suelo radiante).
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269
Sonda de humedad, destinada a detectar posibles escapes de agua en cocinas, aseos,
etc.
Detector de fugas de gas, para la detección de posibles fugas de gas en cocina, etc.
Detector de humo y/o fuego, para la detección de conatos de incendio.
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270
Sensor de presencia, para detección de intrusiones no deseadas en la vivienda.
Receptor de infrarrojos.
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271
Sensor de Lluvia
Un sensor de lluvia es un dispositivo electrónico que cambia su valor de acuerdo con
la precipitación de lluvia. Realiza un cálculo de la resistencia óhmica que se presenta
entre ambos contactos metálicos del sensor. Cuando ocurre una modificación en las
resistencias, el contacto libre de potencia se cierra y es evaluado en el módulo integrado
del Bus, por medio de un convertidor.
Actuadores
Es el dispositivo encargado de ejecutar una acción. Los sensores que son capaces de
ejecutar una acción, en realidad son también actuadores.
Son elementos que utiliza el sistema para modificar el estado de ciertos equipos e
instalaciones.
Entre los más comúnmente utilizados se distinguen los siguientes:
Electroválvulas de corte de suministro (gas y aguas).
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272
Válvulas para la zonificación de la calefacción por agua caliente.
Sirenas o elementos zumbadores, para el aviso de alarmas en curso.
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273
Motores Eléctricos. El motor eléctrico es sin duda el actuador eléctrico más utilizado y que
más aplicaciones tiene en todos los niveles de la utilización de la electricidad. Existe una
gama muy amplia de tipo de motores, que se elegirán en función de la aplicación y de la
red eléctrica que se disponga en el lugar de utilización.
En los ámbitos de la domótica y la inmótica, los motores forman parte como
accionamiento lineal o rotatorio de algún tipo de equipo con el que gobernar las múltiples
instalaciones, cubriendo determinadas funcionalidades: climatización, bombeo, apertura y
cierre de portones, persianas, cortinas y toldos, sistemas de elevación, ventilación, etc. O
formando parte de los más diversos electrodomésticos y equipos electrónicos: lavadoras,
lavavajillas, licuadoras, bombas de acuario, cámaras motorizadas, y otros muchos.
Entre los más comúnmente utilizados están los motores de corriente continua y los de
corriente alterna (monofásicos o trifásicos), los motores paso a paso y los motores
brushless.
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274
Lámparas. La iluminación es una necesidad, pero supone también una de las principales
fuentes de confort y consumo de energía en una vivienda o edificio. Formando parte del
equipo de alumbrado podemos distinguir las lámparas, como fuente de luz, y el dispositivo
eléctrico y/o electrónico de preaccionamiento que permite suministrar la energía eléctrica
en las condiciones apropiadas. El conjunto de lámparas agrupadas en torno a un idéntico
modo de control, generalmente formando parte de una misma estancia o área, se
denomina grupo de iluminación.
Las lámparas incandescentes están formadas por un hilo de wolframio/tungsteno que se
calienta por efecto Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz
visible. Para evitar que el filamento se queme en contacto con el aire, se rodea con una
cápsula de vidrio a la que se le ha hecho el vacío o se ha rellenado con un gas halógeno,
con lo que se consigue evitar el ennegrecimiento del cristal.
La luminaria fluorescente, también denominada tubo fluorescente, es una luminaria que
cuenta con una lámpara de vapor de mercurio a baja presión y que es utilizada
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275
normalmente para la iluminación doméstica e industrial. Su gran ventaja frente a otro tipo
de lámparas, como las incandescentes, es su eficiencia energética.
Está formada por un tubo o bulbo fino de vidrio revestido interiormente con diversas
sustancias químicas compuestas llamadas fósforos, aunque generalmente no contienen el
elemento químico fósforo y no deben confundirse con él. Esos compuestos químicos
emiten luz visible al recibir una radiación ultravioleta. El tubo contiene además una
pequeña cantidad de vapor de mercurio y un gas inerte, habitualmente argón o neón, a
una presión más baja que la presión atmosférica. En cada extremo del tubo se encuentra
un filamento hecho de tungsteno, que al calentarse al rojo contribuye a la ionización de los
gases.
Lámpara Bajo Consumo. El funcionamiento de una lámpara fluorescente compacta es el
mismo que el de un tubo fluorescente común, excepto que es mucho más pequeña y
manejable.
Cuando enroscamos la lámpara CFL en un portalámparas (tipo Edison E27 o E14, igual al
que utilizan la mayoría de las lámparas de incandescencia) y accionamos el interruptor de
encendido, la corriente eléctrica alterna pasa por el balasto electrónico, donde un
rectificador diodo de onda completa la convierte en corriente continua. A continuación un
circuito oscilador, compuesto fundamentalmente por un circuito transistorizado que
funciona como amplificador de corriente, una bobina, condensador de flujo o
transformador (reactancia inductiva) y un condensador (reactancia capacitiva), se encarga
de originar una corriente alterna con una frecuencia de entre 20 y 60 kHz.
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276
Preaccionadores Relés. Un relé es un interruptor eléctrico o electrónico basado en un
circuito de acoplamiento que permite la utilización de potencias importantes a la carga
(salida) a través de pequeñas señales de control en la entrada, a la vez que sirve como
interfaces de protección por aislamiento ante posibles problemas eléctricos
Tipos de Relés
El relé que hemos visto hasta ahora funciona como un interruptor. Está formado por un
contacto móvil o polo y un contacto fijo. Pero también hay relés que funcionan como
un conmutador, porque disponen de un polo (contacto móvil) y dos contactos fijos
Cuando no pasa corriente por la bobina el contacto móvil está tocando a uno de los
contactos fijos. En el momento que pasa corriente por la bobina, el núcleo atrae al
inducido, el cual empuja al contacto móvil hasta que toca al otro contacto fijo (el de la
derecha). Por tanto, funciona como un conmutador.
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277
También existen relés con más de un polo (contacto móvil) siendo muy interesantes para
los proyectos de Tecnología los relés conmutadores de dos polos y los de cuatro polos.
Contactores
El Contactor, como el relé, está pensado para trabajar como interruptor automático, pero
con corrientes y tensiones más elevadas. Los contactos principales son los destinados a
las maniobras del circuito de potencia de los montajes tales como alimentación de
motores eléctricos, calefactores, etc. El circuito electromagnético, la bobina, la espira
realizan idéntica función a la del relé; la diferencia estriba en el tamaño y algún otro
detalle.
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278
Tanto relés como contactores son elementos clave para la realización de circuitos de
mando y de fuerza, tanto en la implementación de automatismos eléctricos como en los
basados en tecnologías programables, usados como elementos de preaccionamiento.
Cerraduras Eléctricas. Este tipo de actuadores se utilizan para facilitar el acceso a
viviendas y edificios en combinación con otros elementos para el control de accesos que
identifican al usuario o simplemente detectan o avisan de la intención de entrar. Los más
simple y utilizados se basan en electroimanes que se colocan en la puerta o en el marco,
permitiendo liberar el pestillo cuando se le hace llegar una señal eléctrica.
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279
Controlador
Se trata del centro de control para gestionar toda la instalación domótica desde un único
aparato. No es necesario tener un centro de control, pero nos permitirá la programación
de los dispositivos y una gran flexibilidad en el uso de la domótica. Pueden ser aparatos
sencillos con unos cuantos botones, hasta pequeñas consolas con pantalla táctil con un
menú de opciones para el control de los dispositivos.
Nodo
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280
Es el dispositivo que recibe, procesa y envía las señales domóticas procedentes de los
sensores hacia los actuadores.
Un sistema domótico puede disponer de uno o más nodos interconectados entre sí, de los
cuales «cuelgan» sus respectivos sensores y actuadores.
Cuando el nodo es único y todos los sensores y actuadores de la instalación están
conectados a él, se dice que es un sistema centralizado.
Sin embargo, cuando existen varios nodos interconectados entre sí a través de un bus de
datos común, se dice que es un sistema distribuido o descentralizado.
Concepto de Entrada-Salida
Los nodos domóticos disponen de una serie de bornes (tornillos de conexión) que
permiten conectar, mediante cables, los diferentes tipos de sensores y actuadores.
Los bornes en los que se conectan los sensores se denominan entradas y los de los
actuadores, salidas.
Existen nodos de sólo entradas, sólo salidas o de ambas a la vez.
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281
Sistemas y formas de automatizar una instalación eléctrica
Una instalación eléctrica puede convertirse en automática mediante:
• Pequeños automatismos aislados en determinadas partes de la instalación.
Se vienen realizando desde hace tiempo para automatizar determinados circuitos de la
vivienda o de los edificios. Como por ejemplo: riego automático, encendido del alumbrado
de escalera, encendido y apagado de dispositivos de forma programada, etc.
Esto sistemas no son en sí mismos domóticos, pero es necesario conocer su
funcionamiento y conexionado para la instalación de sistemas más complejos.
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282
• Sistemas basados en relés o autómatas programables (PLC).
El Autómata Programable (PLC) es un dispositivo electrónico que permite procesar las
señales de los sensores y, en función de un programa, activar los actuadores.
Es un sistema centralizado.
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283
• Sistemas de corrientes portadoras.
Los sistemas de corrientes portadoras utilizan el cableado de la vivienda para la
transmisión de señales domóticas.
Es fácil de implementar en instalaciones convencionales sin necesidad de realizar obra.
Es un sistema descentralizado.
El más popular es el denominado X10.
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284
• Sistemas de bus.
Un bus de comunicación de dos o más hilos es el encargado de comunicar todos los
nodos domóticos de la instalación. Por él se transmiten las señales de los sensores y
actuadores, funcionando según el programa de usuario.
Es un sistema descentralizado. Dos de los sistemas de bus más conocidos son: KNX y
Lonworks.
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285
[email protected]
286
Instalaciones
Domóticas con
Autómatas
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287
Instalaciones Domóticas con Autómatas programables
Las instalaciones domóticas realizadas con autómatas programables, disponen un
sistema de control centralizado, lo que supone que la red domótica se tiene que conectar
en estrella.
Al inicio de la automatización de grandes edificios, los autómatas eran los únicos
dispositivos con capacidad de procesar la cantidad de señales. A medida que la demanda
de ese tipo de instalaciones aumentó, los fabricantes de materiales eléctricos han
diseñado sistemas exclusivos para edificios.
Actualmente existen una gran variedad de sistemas centralizados, llamados controladores
programables o microcontroladores, orientados a instalaciones de viviendas y pequeños
edificios. Sin embargo, cuando se necesita realizar instalaciones en grandes edificios, se
recurre a los sistemas distribuidos (Buses de campo KNK o LonWorks).
Las nuevas arquitecturas de los controladores programables los hacen muy sencillos a la
hora de configurar instalaciones, tanto en instalaciones de nueva construcción como en la
reforma de instalaciones construidas.
En la actualidad la mayoría disponen de módulos de E/S distribuidos por la instalación,
por medio de un par trenzado de dos hilos, formando una conexión en forma de estrella
con el controlador y disminuyendo el cableado.
Los controladores programables son adecuados para realizar instalaciones domóticas de
viviendas y automatizar cualquier instalación eléctrica en locales comerciales, pequeñas
oficinas, escuelas, etc, en las que se pueden realizar el control, vigilancia y seguridad del
edificio, los sistemas de ahorro energético, los sistemas de iluminación y calefacción y el
control remoto de la instalación vía teléfono o Internet.
Para realizar estas instalaciones, los controladores programables disponen de unidades
de E/S donde se conectan los componentes de la instalación que vamos a automatizar.
Las unidades de entradas reciben la información de los elementos de campo (pulsadores,
termostatos, sensores, detectores de control remoto IR/RF, sensores de alarma, etc.),
envían al controlador la información recibida y este, en función de la programación
realizada, comunica a las salidas la acción que se debe realizar.
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288
Las unidades de salida transmiten la información a los elementos de campo, tales como
lámparas, electroválvulas, electrodomésticos, motores de persianas, sirenas de alarmas,
etc.
Estos sistemas son propietarios porque pertenecen a un solo fabricante, aplican
tecnología propia, utilizan una estructura de control, medios de transmisión y protocolos
de comunicación de una sola empresa, por lo tanto los hace incompatibles con otros
sistemas domóticos. Además, la programación se realiza con el software de cada
fabricante,
A continuacion estudiaremos el sistema LOGO!, basado en autómatas programables (a
los que también pertenecen los sistemas ZELIO y DIALON), y el sistema VOX.2, basado
en centralitas domóticas (a las que también pertenecen Vivimat, Domaike, ComuniTEC y
Maiordomo).
Microcontrolador Logo
Es un
Microcontrolador utilizado entre otras cosas, en aplicaciones domóticas de
viviendas
y pequeños
edificios permite
solucionar
las
aplicaciones
cotidianas,
solucionando cometidos en las técnicas de instalaciones de edificios y en el control de
maquinas y dispositivos. Existen varios modelos, para 12V, 24 V o 230V, así como
también de distintas entradas y salidas según la necesidad:
Las aplicaciones mas comunes que se pueden realizar en el campo de la domótica son:
•
Control de Iluminación.
•
Control de Climatización.
•
Control de la Seguridad.
•
Control de Riego.
•
Control de Puertas, Ventanas y Toldos.
•
Etc.
Los componentes del Logo son:
•
Logo BASIC, con sus distintas configuraciones
•
Módulos de ampliaciones de E/S analógicas y digitales.
•
Módulos de comunicación, AS-Interface (Tiene cuatro entradas y salidas virtuales)
y EIB/KNK, para conectar el Logo al sistema de edificios KNK que, como interface
con KNK, facilita la comunicación con otros dispositivos.
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289
•
Visualizador de texto Logo TD, el cual es una pantalla adicional que se conecta al
logo y permite la visualización de la programación y de los detalles de la
aplicación. Tiene cuatro teclas de función que pueden programarse como entradas
en el programa e, igual que el modulo BASIC, tiene cuatro teclas de cursor, una
tecla ESC y una tecla OK, que también pueden programarse y utilizarse para la
navegación del Logo TD.
[email protected]
290
La configuración máxima que se puede obtener por medio de los módulos de ampliación
es de 24 Entradas Digitales, 8 Entradas Analógicas, 16 salidas Digitales y 2 Salidas
analógicas. Se puede obtener de diferente manera según el tipo de módulos con que se
amplíen.
Montaje de un módulo Logo Basic en el perfil soporte.
(1)Engancha el modulo logo BASIC en el perfil soporte o riel Din. Para esto (2) empuja la
parte inferior del modulo hacia abajo hasta que encastre en el perfil. La corredera ubicada
en la parte posterior del módulo debe estar enclavada.
(3) Quitar la tapa del conector situada en el lado derecho del logo Basic o modulo de
ampliación Logo. (4) Coloca el módulo digital en el perfil soporte, a la derecha del logo
Basic, (5) desliza el módulo digital hacia la izquierda hasta que toque con el logo Basic.
(6) Empuja con un destornillador la corredera hacia la izquierda. Cuando alcance la
posición final, la corredera se enclavara en el Logo Basic.
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291
Bornes
El LOGO cuenta con entradas y salidas:
Las entradas se designan con la letra I y una cifra. Visto el LOGO por delante, los bornes
para las entradas aparecen arriba.
Las salidas se designan con la letra Q y una cifra. Los bornes de las salidas se hallan en
la parte inferior.
Se entiende por borne a todas las conexiones y estados que encuentran aplicación en
LOGO.
Las entradas y salidas pueden tener el estado ’0’ o el estado ’1’. El estado ’0’ significa que
la entrada no lleva aplicada tensión y el estado ’1’ que hay aplicada tensión.
Conectar la Fuente de Alimentación
Para cablear LOGO utilice un destornillador con ancho de hoja de 3 mm.
Para los bornes no se requieren casquillos terminales, pudiendo utilizarse conductores
con secciones de hasta:
S 1 x 2,5 mm2
S 2 x 1,5 mm2 por cada segundo porta bornes.
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292
Conectar la alimentación
Las variantes de LOGO 230 son adecuadas para tensiones de red con valor nominal de
115 V c.a. ó 230 V c.a. y las variantes de LOGO 24 y 12 para tensiones de alimentación
de 24 V c.c. ó 12 V c.c. LOGO 24 RC/RCo es apropiado además para la conexión a 24 V
c.a. Las tolerancias de tensión, frecuencias de red y consumos admisibles se especifican
en los datos técnicos.
En las versiones de 230 V, el Logo puede funcionar con tensiones nominales de 115 V
AC/DC y 240 V AC/DC. En las Versiones de 24 v y 12 v el Logo puede funcionar con una
fuente de alimentación de v24 V DC, 24 V AC o 12 V DC.
La alimentación de los módulos especiales se indica a continuación:
El modulo de comunicación EIB/KNX debe ser alimentado con tensión de red de 12/24 V
AC/DC.
El bus AS-Interface requiere una fuente de alimentación especial de 30 V DC.
El Logo TD debe alimentarse con una tensión de 12 V o 24 V AC/DC.
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293
Cableado de las Entradas
Las Entradas digitales del modelo logo 230 RC/RCo y del módulo de ampliación DM16
230 R están divididas en dos grupos de cuatro entradas cada uno. En cada grupo todas
las entradas deben conectarse en la misma fase. En las entradas se pueden conectar
elementos de sensores. Como no están aisladas galvánicamente, requieren un mismo
potencial de referencia (Masa).
Las entradas de LOGO 12/24... No poseen separación galvánica, por lo que requieren el
mismo potencial de referencia (masa) que la tensión de alimentación.
Las entradas de LOGO...L... Están combinadas en grupos de 4 entradas c/u.
Para dichos grupos rige lo mismo que para las entradas individuales de un LOGO
estándar. Sólo son posibles fases diferentes entre los distintos bloques.
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294
Cableado de las Salidas
En algunos casos las salidas de LOGO son Relés y en otros Transistores. En los
contactos de los relés está separado el potencial de la tensión de alimentación y de las
entradas.
Condiciones para las salidas de relé
A las salidas pueden conectarse distintas cargas, p.ej. lámparas, tubos fluorescentes,
motores, contactores, etc. La carga conectada a LOGO debe poseer las propiedades
siguientes:
La máxima corriente de conmutación depende de la clase de carga y de la cantidad de
maniobras deseadas (para más detalles, consulta los datos técnicos).
En el estado conectado (Q = 1) puede circular como máximo una corriente de 10
amperios (8 A para 230 V c.a.) en caso de carga óhmica, y como máximo 3 amperios (2 A
para 12/24 V c.a /c.c.) en caso de carga inductiva.
Conexión
Para conectar la carga a las variantes de LOGO...R...:
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295
LOGO con salidas de transistor
Las variantes de LOGO con salidas de transistor se reconocen por faltar la letra R en su
designación de tipo. Las salidas son a prueba de cortocircuitos y de sobrecargas.
No es necesario aplicar por separado la tensión de carga, ya que LOGO! asume la
alimentación de la carga.
Condiciones para las salidas de transistor
La carga conectada a LOGO! debe poseer las propiedades siguientes:
La máxima corriente de conmutación es de 0,3 amperios por cada salida.
Conexión
Para conectar la carga a LOGO! con salidas de transistor:
Planificación de la programación del Logo
Un programa Logo es un esquema de conexión eléctrica representado por bloques
lógicos.
Hay dos posibilidades para programar logo:
•
Directamente desde las teclas de función y el Display del propio aparato.
•
Desde la PC con el software Logo Soft Comfort.
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296
Bloques
Un bloque es en LOGO una función que convierte informaciones de entrada en
informaciones de salida. Antes tenía Ud. que cablear los distintos elementos en el armario
de distribución o en la caja de conexiones.
En la programación se enlazan bornes con bloques. A tal efecto, basta con elegir la
conexión deseada en el menú Co. Este menú lo denominamos Co ateniéndonos al
término inglés Connector (borne).
Vinculaciones lógicas
Los bloques más sencillos son vinculaciones lógicas:
AND (Y)
OR (O)
...
Las entradas I1 e I2 están conectadas aquí al bloque OR. La última entrada del bloque no
se utiliza, identificándose por ello mediante x.
Bastante más eficientes son las funciones especiales:
Relé de impulsos
Contador
Retardo de activación
....
Representación de un bloque en el display de LOGO
A continuación se muestra una visualización típica en el display de LOGO Se ve aquí que
cada vez puede representarse un solo bloque. Debido a ello, hemos previsto números de
bloque para ayudarle a Ud. a controlar un circuito en conjunto.
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297
Asignación de un número de bloque
Cada vez que se inserta un bloque en un programa, LOGO adjudica un número a ese
bloque.
A través del número de bloque, LOGO muestra la relación existente entre los bloques. Es
decir, los números de bloque sirven por de pronto únicamente para su orientación en el
programa.
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298
En el diagrama general se ven tres representaciones en el display de LOGO que
constituyen en conjunto el programa.
Se puede ver cómo LOGO relaciona los bloques entre sí a través de sus números.
Ventajas de los números de bloque
A través de su número de bloque, es posible añadir casi cualquier bloque a una entrada
del bloque actual. De esta manera, que se puede utilizar repetidas veces los resultados
intermedios de vinculaciones lógicas u otras operaciones.
Con ello se ahorra trabajo y capacidad de memoria, a la vez que su circuito resulta más
transparente.
A continuación veremos como convertir los datos de un esquema eléctrico a un programa
Logo.
Convertir el siguiente esquema eléctrico en un circuito lógico para poderlo
programar en Logo.
Cablear las entradas S1, S2 y S3 a las entradas de LOGO (I1, I2, I1) y la lámpara E1 a la
Salida Q1 de Logo.
Iniciar la programación interconectando los bloques de programación de acuerdo al
circuito de mando del esquema.
[email protected]
299
Para convertir el circuito eléctrico a Logo se debe comenzar la programación por la salida
del circuito, en este caso por Q1. El circuito se convierte en bloques. A tal efecto, se debe
procesar el circuito desde la salida hasta la entrada.
La salida Q1 va seguida de una conexión en serie del contacto de cierre S3 con otro
elemento del circuito. Esta conexión en serie equivale a un bloque AND.
S1 y S2 están conectadas en paralelo. Esta conexión en paralelo equivale a un bloque
OR.
[email protected]
300
Para cablear el circuito, los interruptores S1 a S3 se conectan a los bornes roscados del
Logo: S1 en el borne I1, S2 en el borne I2 y S3 en el borne I3. Además la salida Q1 se
conecta a la lámpara E1.
Reglas fundamentales para operar con LOGO
Pulsación simultanea
Los circuitos se introducen en el modo de servicio”Programación”.
A este modo de servicio se llega pulsando simultáneamente 3 teclas. (OK-Flecha
Derecha-Flecha Izquierda)
[email protected]
301
Los
valores
de
los
tiempos
y
parámetros
se
modifican
en
el
modo
de
servicio”Parametrización”. A este modo de servicio se llega pulsando simultáneamente las
2 teclas ESC y OK.
Salidas y entradas
Cada circuito debe introducirse siempre desde la salida hacia la entrada.
Es posible enlazar una salida con varias entradas, pero no conectar varias salidas a una
entrada.
Dentro de una ruta del programa no se puede enlazar una salida con una entrada
precedente. Para tales retroacciones internas (recursiones) es necesario intercalar
marcas o salidas.
Cursor y posicionamiento del cursor
Para introducir un circuito rige lo siguiente:
Si el cursor se representa subrayado, Ud. puede posicionarlo:
Pulse las teclas (Flecha Derecha-Flecha Izquierda, Flecha hacia Arriba y Flecha
hacia Abajo) para desplazar el cursor dentro del circuito.
[email protected]
302
Cambie a “elegir borne/bloque” pulsando OK. Termine la introducción del circuito
pulsando ESC
Si el cursor se representa enmarcado, deberá Ud. elegir un borne/bloque- Pulse las
teclas (Flecha Arriba-Flecha Abajo) para elegir un borne o un bloque.
Confirme la selección pulsando OK. Pulse ESC para retroceder un paso.
Planificación
Antes de introducir un circuito, debería Ud. dibujarlo íntegramente en papel, o bien
programar LOGO directamente mediante LOGO Soft o LOGO Soft Comfort.
LOGO puede almacenar sólo programas completos. Si no se introduce por completo un
circuito, LOGO no puede abandonar el modo de servicio Programación.
Conjunto de los menú Logo
[email protected]
303
Modo de servicio “Programación”
Modo de servicio “Parametrización”
Menú de parametrización
Introducción y arranque del programa
[email protected]
304
Una vez diseñado un circuito si desea introducirse en el LOGO, se procederá conforme el
ejemplo siguiente.
Conmutación al modo de servicio “Programación”
Una vez conectado LOGO a la red y aplicado tensión al mismo. En el display aparece
ahora lo siguiente:
Conmute LOGO al modo de servicio”Programación”. A tal efecto, pulse las teclas
Izquierda, Derecha y OK simultáneamente. Es necesario pulsar a la vez estas teclas
para evitar que alguien active involuntariamente dicho modo de servicio.
Tras pulsar las teclas se visualiza el menú principal de LOGO:
[email protected]
305
Delante de la primera línea aparece un “>”. Pulsando las teclas Arriba y Abajo se
desplaza el “>” verticalmente. Posicione el “>” en” Program...” y pulse la tecla OK.
LOGO pasa al menú de programación:
Aquí también se puede desplazar el ”>” mediante las teclas Arriba y Abajo . Posicione el
”>” en ”Edit Prg” (edición, es decir, introducción de programa) y pulse la tecla OK. LOGO
visualiza ahora la primera salida (Q1):
Mediante las teclas Arriba y Abajo pueden elegirse las demás salidas. A partir de ahora
comienza la introducción del circuito.
Ejemplo de Programación
Supongamos que queremos realizar un sistema de alarma para una habitación que posee
una puerta y una ventana. La alarma deberá sonar si, se abre la puerta o la ventana. Para
realizar esta simulación tenemos que tener en cuenta el siguiente circuito eléctrico, que
posee una conexión en paralelo de dos interruptores.
[email protected]
306
El interruptor S1 ó el S2 conecta el
consumidor. Para LOGO, la conexión en
paralelo de los interruptores es una
función O, porque el interruptor S1 o bien
el S2 activa la salida.
Traducido al programa LOGO, significa esto que el relé K1 (en LOGO a través de la
salida Q1) es controlado por un bloque OR.
Programa
La entrada del bloque OR va seguida de I1 e I2, estando conectados S1 a I1 y S2 a I2.
En LOGO el programa tiene entonces el aspecto siguiente:
Cableado
He aquí el cableado correspondiente:
El interruptor S1 actúa sobre la entrada I1 y el interruptor S2 sobre la entrada I2. El
consumidor está conectado al relé Q1.
[email protected]
307
Introducción del programa
Introduzcamos ahora el programa (desde la salida hacia la entrada). Al principio, LOGO
visualiza la salida:
La letra Q de Q1 está subrayada. Esta raya inferior se denomina aquí cursor. El cursor
muestra la respectiva posición actual en el programa, y se puede desplazar mediante las
teclas Arriba, Abajo, Derecha y Izquierda. Pulse ahora la tecla Izquierda. El cursor se
desplaza hacia la izquierda.
Introduce aquí ahora el primer bloque (bloque O). Pase al modo de introducción pulsando
la tecla OK.
[email protected]
308
El cursor ya no es del tipo subrayado, sino que está enmarcado y parpadea. Al mismo
tiempo, LOGO ofrece diferentes posibilidades de elección.
Elija la lista GF (pulsando la tecla Abajo hasta que aparezca GF) y pulse la tecla OK. LOGO
muestra ahora el primer bloque de la lista de funciones básicas (GF):
Pulse ahora la tecla Arriba o Abajo, hasta que en el display aparezca el bloque OR:
Pulsa ahora la tecla OK para concluir la elección.
[email protected]
309
De esta forma ha introducido Ud. el primer bloque. A cada bloque introducido se le asigna
un número, denominado número de bloque. Ahora ya sólo es necesario cablear las
entradas del bloque tal como sigue:
Pulsa la tecla OK. En el display aparece:
Elija la lista “Co” pulsando la tecla OK.
El primer elemento de la lista Co es una “x”, el signo equivalente a ”Entrada no utilizada”.
Elija la entrada I1 mediante las teclas Arriba o Abajo.
[email protected]
310
Pulse la tecla OK: I1 queda enlazada con la entrada del bloque “O”. El cursor salta a la
próxima entrada del bloque “O”.
Enlaza ahora la entrada I2 con la entrada del bloque O.
Procede para ello tal como ya se indicó en I1:
1-Pasar al modo de entrada:
2-Elegir la lista Co:
3-Aceptar la lista Co:
4-Elegir I2:
5-Aceptar I2:
[email protected]
311
Así queda enlazada I2 con la entrada del bloque “O”.
En este programa no se requiere la última entrada del bloque “O”. En los programas de
LOGO se identifica con una “x” cada entrada no utilizada. Introduzca ahora la ’x’ (según el
principio ya conocido):
Procede para ello tal como ya se indicó en anteriormente
1-Pasar al modo de entrada:
2-Elegir la lista Co:
3-Aceptar la lista Co:
4-Elegir x:
5-Aceptar x:
Así quedan cableadas todas las entradas del bloque y el programa está completo para
LOGO. LOGO retrocede a la salida Q1.
Si ahora deseas, ver de nuevo el primer programa, puedes desplazar el cursor a través
del programa mediante las teclas “Derecha” o “Izquierda”.
Para concluir ahora la introducción de programa, procede como sigue:
[email protected]
312
Tecla ESC
Para concluir ahora la introducción de programa, procede como sigue:
Si no se regresa al menú de programación,
significa
1-Volver al menú de programación:
que
te
has
olvidado
de
cablear
íntegramente un bloque.
LOGO muestra el punto del programa donde se
olvidó algo (por razones de seguridad, LOGO
acepta sólo programas completos).
2- Volver al menú principal:
Conmutación de LOGO a RUN
3. Posicionar ’>’ en ’Start’:
4. Confirmar Start:
LOGO se conmuta a RUN, apareciendo entonces el display siguiente:
LOGO procesa el programa en el modo RUN. A tal efecto, LOGO lee primero los estados
de las entradas, determina los estados de las salidas a base del programa recién indicado
y activa o desactiva los relés en las salidas.
Representación del estado de una entrada o salida en LOGO:
[email protected]
313
Representación del estado en el display
Consideremos esto en nuestro ejemplo:
Próximo paso
Ahora has introducido con éxito el primer circuito. A continuación En el apartado se explica cómo
podrás modificar programas existentes y utilizar funciones especiales.
[email protected]
314
Programa
Mediante esta programación trabajaremos los siguientes temas:
•
Cómo se intercala un bloque en un programa existente.
•
Cómo se elige un bloque para una función especial.
•
Cómo se introducen parámetros.
Modificación de circuitos
Para la siguiente programación, modificaremos algo de la primera. En principio veamos el esquema
de circuitos para esta programación.
En LOGO el programa tiene entonces el aspecto siguiente:
De la primera programación, ya son conocidos el bloque O y el relé de salida Q1. Sólo es
nuevo el retardo de desactivación.
Editar el programa
[email protected]
315
Conmuta el LOGO al modo de programación. Recuerda que ello se efectúa así:
1. Conmutar LOGO al modo de servicio”Programación”
(Pulsando las teclas “Izquierda, Derecha y OK” simultáneamente).
2. Elegir en el menú principal”Program...”
(Desplazando ’>’ hacia “Program...” y pulsando OK).
3. Elegir en el menú de programación”Edit Prg”
(Desplazando ’>’ hacia”Edit Prg” y pulsando OK).
Ahora es posible modificar el programa existente.
[email protected]
316
Insertar un bloque adicional en un programa
Posicione el cursor en la letra B de B01 (B01 es el número del bloque O).
Aquí se inserta el nuevo bloque. Pulse la tecla OK.
Elija la lista SF (tecla “Abajo”).
Pulse la tecla OK.
Se muestra el bloque de la primera función especial:
[email protected]
317
Al elegir un bloque para una función especial o básica, LOGO visualiza el bloque de esa
función. El cursor se halla en el bloque y está enmarcado.
Elegir el bloque deseado mediante las teclas “Arriba y Abajo”.
Elije el bloque deseado (el retardo de desactivación se muestra en la próxima figura) y
pulse OK:
Se asigna al bloque insertado el número de bloque B02. El bloque B01 conectado hasta
ahora a Q1 es conectado automáticamente a la entrada superior del bloque insertado. El
cursor se halla en la entrada superior del bloque insertado.
El bloque para el retardo de desactivación posee 3 entradas.
La entrada superior es la entrada Trigger (Trg). A través de dicha entrada se inicia el
retardo de desactivación.
En nuestro ejemplo, el retardo de desactivación es iniciado por el bloque OR B01. El
tiempo y la salida de reponen a través de la entrada Reset. Mediante el parámetro T se
ajusta la duración para el retardo de desactivación.
[email protected]
318
En nuestro ejemplo no utilizamos la entrada Reset para el retardo de desactivación, por lo
que debe cablearse mediante ’x’. Como ya se indicó para la primera programación, se
efectúa esto de la manera siguiente:
1. Posicionar el cursor en R:
2. Pasar al modo de entrada:
3. Elegir la lista Co:
4. Aceptar la lista Co:
5. Elegir ’x’:
6. Aceptar ’x’:
En el display debería aparecer:
Parametrizar un bloque
Introduzca ahora el tiempo T para el retardo de desactivación:
1. Si el cursor no se halla aún bajo T, posicionarlo allí: Teclas “Arriba o Abajo”.
2. Pasar al modo de entrada: Tecla OK
[email protected]
319
Si se prevén parámetros, LOGO visualiza la ventana de parámetros:
El cursor se halla en el primer dígito del valor de temporización.
Para modificar este valor:
Mediante las teclas “Izquierda y Derecha” se desplaza el cursor.
Mediante las teclas “Arriba y Abajo”, se modifica el valor en ese dígito.
Una vez introducido el valor de temporización, pulsar la tecla OK.
[email protected]
320
Ajustar el tiempo
Ajuste el tiempo T = 12.00 minutos:
1. Posicionar el cursor en el primer dígito:
2. Elegir la cifra ’1’
3.Posicionar el cursor en el segundo dígito:
4. Elegir la cifra ’2’:
5. Posicionar el cursor en las unidades
6. Elegir la unidad m para minutos:
Visualizar/enmascarar parámetros – Tipo de protección
Si Ud. desea que no se visualice el parámetro en el modo de parametrización
:
7. Posicionar el cursor en el tipo de protección
8. Elegir el tipo de protección ’–’
En el display debería aparecer ahora:
9. Concluir la introducción
[email protected]
321
Controlar el programa
Ahora está completa esta bifurcación del programa para Q1. LOGO muestra la salida Q1.
Ud. puede observar el programa nuevamente en el display, desplazándose dentro del
programa por medio de las teclas. Mediante “Derecha o Izquierda” de un bloque a otro.
Mediante “Arriba y Abajo”, hacia las distintas entradas en un bloque.
Abandonar el modo de programación
Como ya se expuso para el primer programa, se abandona la entrada de programa de la
manera siguiente:
Abandonar Modo Programación
1. Regresar al menú de programación
2. Regresar al menú principal
3. Posicionar ’>’ en ’Start’:
4. Confirmar Start:
LOGO se halla ahora nuevamente en RUN:
[email protected]
322
Borrar un bloque
Supongamos que en el programa siguiente, deseas borrar el bloque B02 y enlazar B01
directamente con Q1.
Procede para ello de la siguiente manera:
Borrar un Bloque
1. Conmutar LOGO! al modo de servicio
”Programación”
2. Elegir ’Edit Prg’
3. Posicionar el cursor en la entrada de Q1, es
decir, bajo B02.
4. Pulsar la tecla OK.
5. Ahora se aplica directamente el bloque B01
a la salida Q1 en vez del bloque B02:
• Elegir la lista BN y pulsar OK.
•
Elegir B01 y pulsar OK.
Resultado: Se ha borrado el bloque B02, porque ya no se utiliza en todo el circuito. En vez del
mismo, la salida lleva aplicado directamente B01.
[email protected]
323
Borrar varios bloques consecutivos
Supongamos que en el programa siguiente Ud. desea borrar los bloques B01 y B02.
Procede como se especifica a continuación:
Borrar Varios Bloques
1. Conmutar LOGO! al modo de servicio
”Programación”
2. Elegir ’Edit Prg’
3. Posicionar el cursor en la entrada de Q1, es
decir, bajo B02:
4. Pulsar la tecla OK.
5. Ahora se aplica el conector x a la salida Q1
en vez del bloque B02.
• Elegir la lista Co y pulsar OK.
• Elegir x y pulsar OK.
.
Resultado: Se ha borrado el bloque B02, porque ya no se utiliza en todo el circuito. Con el
bloque B02 se borraron todos los bloques conectados al mismo (en el ejemplo también el
bloque B01).
Corregir errores de programación
LOGO permite corregir fácilmente los errores de programación:
[email protected]
324
•
Mientras no haya acabado la introducción, puedes retroceder un paso mediante
ESC.
Si ya has acabado la introducción, repite sencillamente estos pasos:
1. Posicionar el cursor en el punto que debe corregirse.
2. Conmutar al modo de introducción: tecla OK.
3. Introducir el cableado correcto para la entrada.
Para poder sustituir un bloque por otro es condición indispensable que el bloque nuevo
cuente con la misma cantidad de entradas que el antiguo. Sin embargo, también es
posible borrar el bloque antiguo e insertar uno nuevo elegible discrecionalmente.
”?” En el display
Si has introducido un programa y desea abandonar “Edit Prg” mediante ESC, LOGO
comprueba si están cableadas todas las entradas de todos los bloques. En el caso de que
hubieras olvidados alguna entrada o parámetro, LOGO visualiza el primer punto donde se
olvidó algo y marca con un signo de interrogación todas las entradas no cableadas y los
parámetros que faltan.
Ahora debes, cablear la entrada e introducir un valor para el parámetro. Entonces puedes
abandonar “Edit Prg” pulsando la tecla ESC.
Borrar programas
[email protected]
325
Manera de borrar un programa:
1. Conmutar LOGO al modo de servicio”Programación”:
Teclas “Izquierda, Derecha y OK” simultáneamente
Desplazar el ’>’ mediante las teclas “Arriba o Abajo” hacia ’Program... Y pulsar la tecla
OK.
LOGO pasa al menú de programación:
3. Desplazar el ’>’ hacia ’Clear Prg’:
Teclas “Arriba o Abajo”
4. Asumir ’Clear Prg’:
Tecla OK
[email protected]
326
Si no deseas borrar el programa, deje ’>’ en ’No’ y pulses la tecla OK.
Si estás seguro de que desea borrar el programa almacenado en LOGO:
5. Desplazar el ’>’ hacia ’Yes’:
Teclas “Arriba o Abajo”
6. Pulsar OK. El programa es borrado.
Funciones
LOGO pone a disposición diferentes elementos en el modo de programación. Para su
orientación, hemos distribuido dichos elementos en distintas ’listas’, que se especifican a
continuación:
±Co: Lista de bornes (Connector)
±GF: Lista de funciones básicas AND, OR,
±SF: Lista de funciones especiales
±BN: Lista de bloques ya listos en el circuito y utilizables posteriormente
[email protected]
327
Contenido de las listas
Todas las listas incluyen elementos disponibles en LOGO. Normalmente se trata de todos
los bornes, todas las funciones básicas y todas las funciones especiales que conoce el
respectivo LOGO. También van incluidos todos los bloques que Ud. ya ha creado en
LOGO antes de haber solicitado la respectiva lista ±BN.
Ocultación de algunos elementos
LOGO ya no visualiza todos los elementos en los casos siguientes:
Si no puede insertarse ningún otro bloque.
En este caso es insuficiente la capacidad de memoria o se alcanzó la máxima cantidad de
bloques posibles (56).
Si un bloque especial requiere más capacidad de memoria que la disponible aún en
LOGO.
Si resultaran entonces más de 7 bloques funcionales conectados en serie.
Constantes y bornes – (Co)
Se denominan constantes y bornes (en inglés Connectors = Co) a las entradas, salidas,
marcas y niveles de tensión fijos (constantes).
Entradas
Las entradas se identifican mediante una I. Los números de las entradas (I1, I2,...)
corresponden a los números de los bornes de entrada en LOGO.
En las variantes de LOGO con conexión de interface AS (LOGO...B11) se prevén
asimismo las entradas Ia1... Ia4 para la comunicación a través del bus ASi.
Salidas
Las salidas se identifican mediante una Q. Los números de las salidas (Q1, Q2,...)
corresponden a los números de los bornes de salida en LOGO!
En las variantes de LOGO! con conexión de interface AS (LOGO!...B11) se prevén
asimismo las salidas Qa1 ... Qa4 para la comunicación a través del bus ASi.
[email protected]
328
Marcas
Las marcas se identifican mediante una M. Las marcas son salidas virtuales que poseen
en su salida el mismo valor que hay aplicado a su entrada. En LOGO se prevén las 4
marcas M1... M4.
Utilizando marcas es posible rebasar en un programa la cantidad máxima de bloques
conectados en serie.
Niveles
Los niveles de tensión se identifican mediante hi y lo. Si un bloque debe llevar aplicado
constantemente el estado “1” = hi o el estado “0” = lo, se cablea su entrada con el nivel fijo
o el valor constante hi o lo.
Bornes abiertos
Si no debe ser cableado el pin de conexión de un bloque, se simboliza ello mediante una
x.
Funciones básicas – GF
Las funciones básicas son elementos lógicos sencillos del álgebra de Boole.
En la lista GF se especifican los bloques de funciones básicas para la introducción de un
circuito. Se prevén las siguientes funciones básicas:
[email protected]
329
Y (AND)
La salida de AND sólo ocupa el estado 1 cuando todas las entradas tienen estado 1, es
decir, están cerradas.
Si no es cableado (x) un pin de entrada de ese bloque, rige para la entrada x = 1.
O (OR)
La salida de OR ocupa el estado 1 cuando por lo menos una entrada tiene estado 1, es decir, está
cerrada.
[email protected]
330
INVERSOR (NOT)
La salida ocupa el estado 1 cuando la entrada tiene estado 0. El bloque NOT invierte el
estado en la entrada.
Ejemplo de la ventaja que supone INVERSOR: Para LOGO ya no se requiere ningún
contacto de apertura, pues basta con utilizar un contacto de cierre y convertirlo en uno de
apertura mediante NOT.
Y-NEGADA (NAND)
[email protected]
331
La salida de NAND sólo ocupa el estado 0 cuando todas las entradas tienen estado 1, es
decir, están cerradas.
O-NEGADO (NOR)
La salida de NOR sólo ocupa el estado 1 cuando todas las entradas tienen estado 0, es
decir, están desactivadas.
Tan pronto como se active alguna de las entradas (estado 1), se repone a 0 la salida de
NOR.
[email protected]
332
O-EXCLUSIVO (XOR)
La salida de O-EXCLUSIVO ocupa el estado 1 cuando las entradas tienen estados diferentes.
Funciones especiales – SF
Las funciones especiales abarcan funciones de tiempo, remanencia y múltiples
posibilidades de parametrización para adaptar el programa a sus necesidades
individuales.
Parámetro T y comportamiento cronológico Parámetro T
[email protected]
333
En algunas de las funciones especiales indicadas a continuación es posible parametrizar
un valor de tiempo T. Para la introducción de este tiempo téngase en cuenta:
Nota
Indicar siempre un tiempo T w 0,10 s. Entre T = 0,05 s
y
T = 0,00 s el valor de tiempo T no queda definido.
Precisión de T
Todos los componentes electrónicos presentan diferencias ínfimas. Por tal razón, podrían
aparecer divergencias en el tiempo T ajustado. Para LOGO la discrepancia es del 1 %
como máximo.
Ejemplo:
En 1 hora (3.600 segundos) la discrepancia es de 1 %, es decir, "36 segundos. Por
consiguiente, en 1 minuto la discrepancia es de sólo "0,6 segundos.
Precisión del reloj de temporización
A fin de que esta divergencia no afecte a la exactitud de marcha del reloj en las variantes
C, es comparado éste regularmente con una base de tiempo muy exacta y reajustado.
De esta forma, resulta una máxima discrepancia de marcha de +/- 5 segundos/día.
Remanencia
En las funciones especiales existe la posibilidad de mantener remanentes los estados de
conmutación y los valores de cómputo. A tal efecto tiene que estar activada la remanencia
para las respectivas funciones. (Activar y quedar encendido).
Tabla de las funciones especiales
La lista SF incluye los bloques para las funciones especiales requeridas al introducir un
programa en LOGO. La tabla siguiente contiene además representaciones comparables
de esquemas, indicándose también si la respectiva función posee remanencia
parametrizable.
[email protected]
334
Representación
en el esquema
Representación
en LOGO
Designación de la
función Especial
RE
Retardo de
activación
Retardo de
desactivación
Relé de impulsos
RE
Reloj de
temporización
Relé de parada
automática
RE
Emisor de cadencias
memorizable
Contador de horas
de servicio
Relé disipador
Contador adelante/
atrás
RE
Discriminador
Generador
de impulsos
asíncrono
Temporizador
anual
Entrada de reposición R (Reset)
La entrada R tiene prioridad ante las demás entradas para todas las funciones.
Borne X en las entradas de las funciones especiales
[email protected]
335
Si Ud. cablea con el borne x entradas de funciones especiales, se prevé para las mismas
el valor 0. Es decir, que dichas entradas llevan aplicada una señal low.
Tipo de protección:
Mediante el ajuste para protección de parámetros se determina si los parámetros deben
poder visualizarse y modificarse en el modo de servicio”Parametrización” de LOGO.
Son posibles dos ajustes:
+: Los parámetros ajustados pueden visualizarse y modificarse también en el modo de
parametrización.
–: Los parámetros ajustados no pueden visualizarse ni modificarse en el modo de
parametrización, sino sólo en el modo de programación.
Descripción breve
Mediante el retardo de activación se interconecta la salida sólo tras un tiempo
parametrizable.
Símbolo en
LOGO
Cableado
Descripción
Entrada Trg
A través de la entrada
Trg (trigger) se inicia
el tiempo para el
retardo de activación.
Parámetro T
T es el tiempo tras el
que debe activarse la
salida (la señal de
salida pasa de 0 a 1).
Salida Q
Q se activa una vez
transcurrido el tiempo
T parametrizado, si
está activada aún Trg.
Diagrama de temporización
El sector del diagrama de
temporización representado en negrita
aparece también en el símbolo para el
retardo de activación.
[email protected]
336
Descripción de la función
Al pasar de 0 a 1 el estado en la entrada Trg se inicia el tiempo Ta (Ta es la hora actual
en LOGO).
Si el estado de la entrada Trg permanece en 1 por lo menos mientras dure el tiempo
parametrizado T, la salida es conmutada a 1 al terminar el tiempo T (la salida es activada
posteriormente a la entrada).
Si el estado en la entrada Trg pasa nuevamente a 0 antes de terminar el tiempo T, es
repuesto el tiempo.
La salida se repone nuevamente a 0 si la entrada Trg se halla en el estado 0.
Tras una caída de red se repone nuevamente el tiempo ya transcurrido.
Supongamos un sistema de alarma, en la cual la sirena se disparara, cuando un sensor
de presencia detecta a un intruso dentro de la vivienda. Para activar este sistema alarma,
el usuario necesitara un tiempo determinado, tanto para retirarse del lugar, como para
acceder al lugar sin que la alarma suene. Ese tiempo estará definido por la función
“Retardo a la activación”. Imaginemos que la activación y desactivación se hará a través
de una clave numérica, la cual se introducirá en un teclado. Para que el sistema funcione,
en principio, se deberán dar dos condiciones, que el Sensor de presencia detecte al
intruso, y que el sistema este activado a través de la clave. Para eso utilizaremos dos
entradas “I1” (Simulando clave numérica) e “I2” (Simulando un sensor de presencia)
conectadas a una función lógica “AND” y una salida “Q1” (Simula la sirena de la alarma).
De este modo el sistema funcionara, ya que al accionar “I1” e “I2” la sirena “Q1” se
activara.
[email protected]
337
Pero el usuario se encontrara con un problema, al activar o desactivar la alarma. Ya que
ni bien entre o salga de su vivienda, la alarma sonara, debido a que no tendrá tiempo para
poder desactivarla o activarla. Por lo tanto, va ser necesario introducir en el circuito la
función de retardo a la activación. Estipulando en la misma el tiempo que tardara en
activarse o desactivarse el sistema, después de la introducción del código en el teclado.
Por lo tanto el sistema funcionara del siguiente modo:
[email protected]
338
Retardo de desactivación
Descripción breve
En el retardo de desactivación se repone la salida sólo tras un tiempo parametrizable.
Símbolo en
LOGO
Cableado
Descripción
Entrada Trg
Con el flanco
descendente
(Cambio de 1 a 0) en la
entrada Trg (trigger)
se inicia el tiempo
para el retardo de
desactivación.
Entrada R
R se repone el tiempo
para el retardo de
desactivación y se
conmuta la salida a 0.
Parámetro T
T es el tiempo tras el
que debe desactivarse
la salida (la señal de
salida pasa de 1 a 0).
Salida Q
Q se activa con Trg y
permanece activada
hasta que haya
transcurrido T.
temporización representado en negrita
aparece también en el símbolo para el
retardo de desactivación.
[email protected]
339
Cuando la entrada Trg ocupa el estado 1, la salida Q se conmuta inmediatamente al
estado 1.
Al pasar de 1 a 0 el estado en la entrada Trg, se inicia en LOGO la hora actual Ta y la
salida permanece en 1.
Cuando Ta alcanza el valor ajustado mediante T (Ta=T), se repone la salida Q al estado 0
(desactivación diferida).
Si vuelve a activarse y desactivarse la entrada Trg, se inicia nuevamente el tiempo Ta.
A través de la entrada R (Reset) se reponen el tiempo Ta y la salida antes de que termine
el tiempo Ta.
Tras una caída de red se repone nuevamente el tiempo ya transcurrido.
Supongamos un sistema de iluminación del pasillo de un edificio, que posee ocho
departamentos por piso. En cada piso habrá tres pulsadores, que encenderán las cuatro
lámparas (”Q1”,”Q2”, “Q3” y “Q4”), La distribución de los pulsadores será de acuerdo a las
dimensiones del piso, “I1” estará en el ala derecha del mismo, “I2” en el ala izquierda e
“I3” en la salida del ascensor. Las lámparas deberán estar encendidas durante un tiempo
una determinado una vez accionado cualquiera de los pulsadores y luego de transcurrida
esa etapa de tiempo, deberán apagarse. Ese tiempo estará determinado a través de la
función retardo a la desactivación.
Para que el sistema funcione, en principio, se deberán dar tres condiciones, que
accionando “I1”o “I2”o “I3”, la lámpara se encenderá. Para esto utilizamos cada una de las
entradas (I1, I2 e I3) como pulsadores, conectadas a una función lógica “OR” y una salida
“Q1” que simulara la lámpara.
[email protected]
340
De este modo, el sistema funcionara a medias, ya que cuando accionemos cualquiera de
los pulsadores, las lámparas encenderán y al soltarlos se apagaran, y en el caso que
seleccionemos interruptores quedaran encendidas hasta que la volvamos apagar. Para
solucionar este problema colocaremos en el sistema una función de “Retardo a la
Desconexión”, en la cual definiremos durante cuanto tiempo la lámparas permanecerán
encendidas.
Por lo tanto el sistema funcionara del siguiente modo:
Cuando el contador de la función de retardo a la desconexión llegue al tiempo
paramentado, el contador volverá a cero y las lámparas se apagaran.
[email protected]
341
Relé de impulsos
Descripción breve
La activación y la reposición de la salida se realizan aplicando un breve impulso a la
entrada.
Símbolo en
LOGO
Cableado
Descripción
Entrada Trg
Trg (trigger) se activa
y desactiva la
salida Q.
Entrada R
R se repone el relé de
impulsos y se
conmuta la salida a 0.
Parámetro Par
Con este parámetro se
activa y desactiva la
remanencia.
Rem:
off = sin remanencia
on = estado
almacenable
con remanencia
Salida Q
Q se activa con Trg y
se desactiva con la
próxima
Trg.
temporización representado en
negrita aparece también en el
símbolo para el relé de impulsos.
[email protected]
342
Cada vez que pasa de 0 a 1 el estado en la entrada Trg, la salida Q cambia su estado, es
decir, que es activada o desactivada.
A través de la entrada R se repone el relé de impulsos a su estado inicial, es decir, que la
salida se conmuta a 0.
Tras un corte de tensión se repone el relé de impulsos y se conmuta la salida Q a 0, si no
estuviera activada la remanencia.
Supongamos un motor eléctrico “Q1”, el cual arrancaremos y pararemos, utilizando un
pulsador de arranque/parada “I1”. Al accionar el pulsador el motor comenzara su marcha
y al pulsarlo nuevamente, el mismo se detendrá. Para esto es necesario conectar “I1” a la
entrada “Trg” de un “Relé de Impulso”, cuya salida estará conectada a “Q2” “Motor
Eléctrico”.
Si deseamos mejorar este sistema, le podemos agregar un pulsador “I2” de parada de
emergencia a la entrada “R” del “Relé de Impulso”, con el cual detendremos
inmediatamente la marcha del motor “Q2”, en el caso de algún posible inconveniente.
[email protected]
343
Reloj de temporización
Descripción breve
Se pueden parametrizar hasta tres ventanas de tiempo con la salida activada.
Símbolo en
LOGO
Cableado
Descripción
Parámetros
No 1, No 2
No 3
A través de los
parámetros
No se ajustan los
instantes de
activación y
desactivación para las
respectivas levas
(Nocken) del reloj de
temporización. De esta
manera,
se parametrizan los
días y la hora.
Salida Q
Q se activa si está
activada alguna de las
levas parametrizadas.
El reloj de temporización se prevé sólo en las variantes de LOGO con la designación C
(clock = reloj), p.ej. LOGO 230RC.
Diagramas de temporización (3 ejemplos)
[email protected]
344
Cada reloj de temporización tiene tres levas de ajuste, cada una de las cuales permite
parametrizar una ventana de tiempo.
Mediante las levas determina Ud. los instantes de activación y de desactivación. El reloj
de temporización conecta una salida en un instante de activación si la misma no estuviese
conectada aún. El reloj de temporización desconecta una salida en un instante de
desactivación si la misma no estuviese desconectada aún.
Si Ud. indica para un reloj de temporización la activación y la desactivación a la misma
hora, pero en levas diferentes, resultará una contradicción. En tal caso, la leva 3 tendrá
preferencia sobre la leva 2 y ésta, a su vez, sobre la leva 1.
Ventana de parámetros
Aspecto de la ventana de parámetros p.ej. para la leva No1:
[email protected]
345
Visualizar/enmascarar parámetros – Tipo de protección
Si:
Posicionar el cursor en el tipo de protección
Elegir el tipo de protección ’–’
En el display debería aparecer ahora:
9. Concluir la introducción
Día de la semana
Podrás ajustar el día de la semana del siguiente modo:
Su
Mo
Lunes
Tu
Martes
We
Miércoles
Th
Fr
Sa
Domingo
Jueves
Viernes
Sábado
[email protected]
346
Mo..Fr
De lunes a viernes
Mo..Sa
De lunes a sábado
Mo..Su
De lunes a domingo
(es decir, todos los
días)
Sa..Su
Sábado y domingo
Horas de conmutación
Es posible cualquier instante entre las 00:00 y las 23:59 horas
Es posible cualquier instante entre las 00:00 y las 23:59 horas
Ajuste del reloj de temporización
Las horas de activación/desactivación se introducen como sigue:
1. Posicione el cursor en uno de los parámetros ’No’ del reloj
de temporización (p.ej. No1).
2. Pulse la tecla OK. LOGO!
abre la ventana de parámetros
para esa leva. El cursor se halla
en el día de la semana.
3. Mediante las teclas “Arriba y
Abajo”, elija uno o varios días
de la semana.
4. Mediante la tecla “Derecha”,
lleve el cursor al primer dígito
de la hora de activación.
5. Ajuste la hora de activación.
Modifique el valor en la
posición correspondiente
mediante las teclas “Arriba y
Abajo”.
Desplace el cursor entre los
distintos dígitos mediante las
teclas “Izquierda y Derecha”. El
[email protected]
347
valor ––:–– puede ajustarse
sólo en la primera posición
(––:–– significa: sin
conmutación).
6. Mediante la tecla “Derecha”,
lleve el cursor al primer dígito
de la hora de desactivación.
7. Ajuste la hora de
desactivación Modifique el
valor en la posición
correspondiente mediante las
teclas “Arriba y Abajo”.
Desplace el cursor entre los
distintos dígitos mediante las
teclas “Izquierda y Derecha”. El
valor ––:–– puede ajustarse
sólo en la primera posición
(––:–– significa: sin
conmutación).
8. Termine la introducción
pulsando la tecla OK
Reloj de temporización: Ejemplos
El reloj de temporización permite combinar discrecionalmente varias horas de activación y
desactivación.
He aquí algunos ejemplos:
Ejemplo 1
La salida del reloj debe estar activada cada día (es decir, desde el lunes al domingo) entre
las 08:00 y las 13:00 horas:
Ejemplo 2
La salida del reloj debe estar activada cada día entre las 08:00 y las 13:00 horas y entre
las 15:00 y las 18:30 horas. A tal efecto se requieren 2 levas:
[email protected]
348
Ejemplo 3
La salida del reloj debe estar activada diariamente desde el lunes al sábado entre las
08:00 y las 13:00 horas y entre las 15:00 y las 18:30 horas. Además, la salida debe estar
activada los domingos entre las 11:00 y las 15:00 horas. A tal efecto se requieren 3 levas:
Ejemplo 4
La salida del reloj debe activarse el lunes a las 22:00 horas y desactivarse el martes a las 6:00
horas.
Supongamos un sistema de riego, el cual posee una bomba de agua “Q1” que deberán
encender todos los días en dos horas determinadas y por un tiempo establecido. Para
esto utilizaremos un “Reloj de Temporización”, el cual programaremos para dicha acción.
[email protected]
349
Supongamos que en principio, deseamos que el sistema encienda a las 06:00 hs de la
mañana y permanezca encendida durante 30 minutos. Por lo tanto programaremos en la
“Leva 1”, la conexión (06:00) y la desconexión (06:30).
Supongamos ahora que también queremos que la bomba “Q1” encienda a las 18:00 hs y una
hora encendida, durante todos los días de la semana. Procederemos entonces a programar en la
“Leva 2”.
[email protected]
350
Este tipo de automatización, es a lazo abierto, ya que el sistema no recibe ninguna
información del medio. Supongamos que deseamos que el sistema tenga en cuenta, el
factor humedad de la tierra a regar, para ello necesitaremos agregar al sistema la función
lógica “AND” y un sensor de humedad “I1” el cual detectara la humedad de la tierra y
permitirá o no, que la bomba encienda o prosiga su marcha.
[email protected]
351
Tecnología X10
[email protected]
352
La tecnología X-10 también es llamada "de corrientes portadoras" ya que utiliza la
corriente eléctrica de la vivienda para transmitir la comunicación entre los elementos
domóticos.
Es una tecnología simple que utiliza un protocolo de comunicación sencillo y algo limitado,
pero que continúa en plena vigencia y es suficiente para resolver las necesidades de
domotización de un hogar con costes asequibles.
Los módulos de X10 funcionan a base de "ceros y unos", donde la presencia de un
impulso eléctrico equivale a "1" y la ausencia de impulso eléctrico equivale a "0". Con este
sistema de una forma sencilla el protocolo X10 permite identificar hasta 256 elementos
distintos enchufados a la red. A la combinación de ceros y unos que identifican cada
elemento se le llama dirección, así que tenemos 256 direcciones distintas que podemos
controlar con el sistema X10.
A su vez, las direcciones se agrupan en 16 códigos, llamados códigos de casa. Por tanto
tenemos
16 grupos con 16 direcciones cada uno. Esto nos va a permitir el control individual de los
elementos así como el control de zonas.
El protocolo de comunicación X10 tiene seis comandos que son encendido, apagado,
reducir, aumentar, todo encendido y todo apagado.
Esto nos permite el control básico de cualquier elemento de la red domótica. La única
limitación que encontramos en este sistema es que no podemos "interrogar" a un
dispositivo sobre cuál es su estado, es decir, por ejemplo no podemos saber si está
encendido o apagado, sólo podremos ordenar que se encienda o apague.
A pesar de esta limitación el sistema X10 es el más extendido en uso en todo el mundo,
por varios motivos:
Es completamente modulable: podemos tener dos o tres dispositivos conectados a
nuestra red y aumentar poco a poco las luces y electrodomésticos controlados.
Es barato: en general tienen un precio asequible, y al poder añadir módulos según surjan
nuevas necesidades no obliga a grandes desembolsos de dinero de golpe.
No requiere instalación: los módulos X10 se interponen entre el aparato a controlar y la
red eléctrica, y ya tenemos control domótico.
Un problema que tenemos que tener en cuenta es que si la señal X10 circula por toda la
instalación eléctrica, también puede ir hacia fuera de ella, y por eso se instalan unos filtros
[email protected]
353
que evitan este pequeño problema ya que su misión es la de poner un cierre a la
instalación. Otro posible problema que podemos tener es el riesgo de una intrusión del
exterior que con estos filtros lo impedimos; entonces sacamos en claro que sirven para
controlar la distribución de la señal. Ya que los módulos no dan una respuesta cuando les
llega una orden, no podemos saber si ésta ha llegado correctamente, por lo que todas las
órdenes se envían por duplicado para asegurarnos de que llegan correctamente a su
destino.
Dispositivos X10
Módulo aparato: nos permite enchufar cualquier pequeño electrodoméstico o lámpara (no
ha halógena, aunque en la práctica sirven para pequeños halógenos empotrables) para
controlarla con el dispositivo.
Módulo casquillo: para controlar bombillas directamente de hasta 100Watios (en la
práctica soportan 150W)
Módulo interruptor empotrable: sustituye al clásico interruptor de pared permitiendo una
regulación de la potencia de luz. La ventaja de utilizar este tipo de módulo frente a otros
interruptores reguladores de potencia es que éste, al ser X10 compatible, nos permitirá
controlarlo de forma remota con un programador o un mando a distancia.
Módulo aparato DIN: este tipo de módulos se instalan en el cuadro eléctrico de la
vivienda, para evitar tener que utilizar los módulos aparato o casquillo descritos
anteriormente.
Se utilizan sobre todo para viviendas grandes en las que se divide la casa en "regiones
eléctricas".
[email protected]
354
Se trata de tener varios conmutadores en el cuadro de luz, pero esta vez con el añadido
del control domótico.
Aparte de estos simples módulos de control, existen en el mercado sensores de gas, agua
humos, de presencia, sensores de movimiento o sensores de luz que cuando se activan
mandan una señal determinada a un dispositivo determinado.
Pongamos un ejemplo práctico.
[email protected]
355
Supongamos que tenemos a unos niños jugando tranquilamente en una habitación, y
queremos que en el momento en que pase la tarde y oscurezca, se encienda la luz de la
habitación automáticamente. Podemos colocar un sensor lumínico, que en el momento en
que deje de detectar luz mande un comando por la red eléctrica. Ese comando será uno
de los seis que hemos visto anteriormente, es decir, encendido, apagado, reducir,
aumentar, todo encendido y todo apagado. En este caso escogemos el comando de
"encendido", y lo enviamos a una dirección X10 determinada como por ejemplo "B2".
El dispositivo domótico número 2 de la región B (código de casa) recibe la señal de
encendido y la lámpara de la habitación luce. Si los niños se van corriendo de la
habitación, podemos tener un sensor de movimiento que cuando no detecte movimiento
ejecute la orden de apagado de la luz.
[email protected]
356
Robots
Debido a los avances en la electrónica y la informática, se han ido construyendo cada vez
máquinas automáticas más complejas que pueden realizar más de una función; dando
lugar a lo que denominamos robots. Muchas son las definiciones que se establecen para
el término robot, pero sintetizando todas ellas podemos decir que un robot es una
máquina que hace algo en respuesta a su entorno, y que puede ser programable o no
programable. Esta definición engloba gran cantidad de máquinas, que pueden clasificarse
según su aplicación:
Robots industriales
El campo de la robótica industrial puede definirse como el estudio, diseño y uso
de robots para
la
ejecución
de
procesos
industriales.
Más
formalmente,
el
estándar ISO (ISO 8373:1994, Robots industriales manipuladores – Vocabulario) define
un robot industrial como un manipulador programable en tres o más ejes multipropósito,
controlado automáticamente y reprogramable.
Robots móviles
Los
domobots
son
microbots
(robots
móviles
con Microcontrolador)
domóticos
(conectados a una red de automatización doméstica).
[email protected]
357
Están conectados a un controlador domótico (un ordenador o un dispositivo autónomo sin
necesidad de ordenador) mediante cable (puerto USB o FireWire) o inalámbricamente
(generalmente un puerto WIFI).
Se utilizan principalmente en las tareas del hogar, como aspiradores, transportadores de
objetos dentro de la casa para el lavado, planchado... No es lo mismo un robot doméstico
que un domobot.
Androides
Androide es la denominación que se le da a un robot antropomorfo que, además de imitar
la apariencia humana, imita algunos aspectos de su conducta de manera autónoma.
Zoomorfos
Este tipo de robots, podría incluir también a los androides, constituyen una clase
caracterizada principalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos
seres vivos.
[email protected]
358
Robots espaciales
La idea básica sobre Robots Espaciales consiste en utilizar Inteligencia Artificial para
enseñar a los robots sobre lo que deben hacer para comportarse de manera semejante a
los exploradores humanos. Estos Robots tienen como fin la exploración de la superficie de
planetas, incluso la Luna, y para ello que sean capaces de “pensar” por si mismos sobre
posibles obstáculos que puedan encontrar y que por supuesto tengan la habilidad de
recuperarse de eventos inesperados.
Otro de los conceptos en el diseño de Robots Espaciales es que puedan emular, no solo
el proceso de pensamiento y análisis de los humanos en determinar las características del
terreno, sino también la habilidad humana de conducir un vehículo en tiempo real.
[email protected]
359
Recomendaciones básicas de
seguridad e higiene en el aula
taller
[email protected]
360
Introducción
Esta parte del material de apoyo, no pretende ser un tratado sobre prevención de
accidentes sino, como su nombre indica, recomendaciones básicas, pero muy
importantes.
El no cumplir cualquiera de ellas puede ser motivo de accidentes y enfermedades
profesionales.
Tiene en cuenta que la mayoría de las desgracias que ocurren en el trabajo con
herramientas se han producido por causas que fácilmente se podrían haber evitado.
Sigue estas recomendaciones; te ayudarán a trabajar mejor y sobre todo más seguro,
cualquiera que sea tu actividad dentro de la escuela y en un futuro.
Coméntalas con tus compañeros, con tus amigos, en el seno de tu familia, no olvides que
en el hogar ocurren el doble de accidentes que en las fábricas. Piensa que a tu alrededor
hay personas queridas que también se verían involucradas ante un accidente que
pudieras sufrir. Aunque sólo fuera por ellas, bien merece la pena trabajar con seguridad.
Observa las siguientes figuras
[email protected]
361
Para que el trabajo en el taller no resulte peligroso tenemos que conocer y respetar todas
estas normas que veremos a continuación.
No lleves collares,
Mantén las manos
anillos o ropa ancha
Ten limpia y
limpias y secas
porque puedes
ordenada la mesa
engancharte
y el taller
Normas de seguridad
Generales:
Comunica a tu profesor cualquier
lesión(corte, herida, etc.) y
consúltale cualquier duda
Cumple el resto de normas de
seguridad
[email protected]
362
Del aula
Apréndete donde están las puertas
Respeta las señales. Existen cuatro
de entrada, salida, extintores,
tipos de señales: obligación, de
alarmas y elementos como gafas de
peligro, de auxilio ( emergencia ) y de
protección, guantes, etc.
prohibición
Cuadro de señales
Tipo
Indican
Es obligatorio usar
Obligación
las protecciones
indicadas
Circular,
con
el
borde
blanco,
el fondo azul y la figura
blanca
Avisa del peligro de
Triángulo equilátero, con el
utilizar algún
borde
material o
amarillo
herramienta
y la figura negra
Peligro
Ayudan y nos
Auxilio
Forma
informan de los
equipos de socorro
negro,
Rectangulares,
el
fondo
con
el
borde
blanco, el fondo verde y la
figura blanca
Circulares, con el borde y
Prohíben las
una
actividades que
línea que atraviesa en roja,
pueden ser
el
peligrosas
fondo blanco y la figura
Prohibición
negra
[email protected]
363
Ejemplos
Obligación
Peligro
Auxilio
Prohibición
De las herramientas
[email protected]
364
Comprueba que
Tienes que
No toques
Utiliza la
las herramientas
herramienta
están en
apropiada para
perfecto estado
cada tarea
antes de
conocer cómo se
aquellos
emplea cada una
materiales y
de las
herramientas
herramientas
que no conozcas
utilizarlas
De la tarea
Usa los
Concéntrate en siempre
elementos de
la tarea que tienes
que hacer y no
te distraigas ni
molestes a los
Aprende a usar
protección
cada herramienta
cuando sean
antes de empezar
necesarios
( gafas, guantes,
compañeros
etc.)
Orden y limpieza
Mantén limpio y ordenado tu puesto de trabajo.
No dejes materiales alrededor de las máquinas. Colócalos en lugar seguro y donde
no estorben el paso.
Recoge las tablas con clavos, recortes de chapa y cualquier otro objeto que pueda
causar un accidente.
Guarda ordenadamente los materiales y herramientas. No los dejes en lugares
inseguros.
No obstruyas los pasillos, escaleras, puertas o salidas de emergencia.
Equipos de protección individual
[email protected]
365
Mantén tu equipo de seguridad en perfecto estado de conservación y cuando esté
deteriorado pide que sea cambiado por otro.
Lleva ajustadas las ropas de trabajo; es peligroso llevar partes desgarradas, sueltas o que
cuelguen.
En trabajos con riesgos de lesiones en la cabeza utiliza el casco.
Si ejecutas o presencias trabajos con proyecciones, salpicaduras, deslumbramientos, etc.
Utiliza gafas de seguridad.
Si hay riesgos de lesiones para tus pies, no dejes de utilizar el calzado de seguridad.
Cuando trabajes en alturas colócate el cinturón de seguridad.
Tus vías respiratorias y oídos también pueden ser protegidos: infórmate.
Las prendas de protección son necesarias
Valora lo que te juegas no utilizándola
Herramientas manuales
[email protected]
366
Utiliza las herramientas manuales sólo para sus fines específicos. Inspecciónalas
periódicamente.
Las herramientas defectuosas deben ser retiradas de uso.
No lleves herramientas en los bolsillos salvo que estén adaptados para ello.
Cuando no la utilices deja las herramientas en lugares que no puedan producir
accidentes.
Cada herramienta debe ser utilizada en
la forma adecuada
Electricidad
Toda instalación debe considerarse bajo tensión mientras no se compruebe lo contrario
con los aparatos adecuados, no realices nunca reparaciones en instalaciones o equipos
con tensión.
Asegúrate y pregunta. Si trabajas con máquinas o herramientas alimentadas por tensión
eléctrica, aíslate. Utiliza prendas y equipos de seguridad.
[email protected]
367
Si observas alguna anomalía en la instalación eléctrica, comunícala. No trates de arreglar
lo que no sabes.
Si los cables están gastados o pelados, o los enchufes rotos se corre un grave peligro, por
lo que deben ser reparados de forma inmediata.
Al menor chispazo desconecta el aparato o máquina.
Presta atención a los calentamientos anormales en motores, cables, etc. Notifícalo.
Si notas cosquilleo al utilizar un aparato, no esperes más: desconéctalo. Notifícalo.
Presta especial atención a la electricidad si trabajas en zonas con humedad.
Todo trabajo con electricidad requiere
la máxima atención
El riesgo de incendios
Conoce las causas que pueden provocar un incendio en tu área de trabajo y las medidas
preventivas necesarias.
Recuerda que el buen orden y la limpieza son los principios más importantes en la
prevención de incendios.
Controla las chispas de cualquier origen ya que pueden ser causa de muchos incendios.
Ante un caso de incendio conoce tu posible acción y cometido.
Los extintores son fáciles de utilizar, pero sólo si se conocen; entérate de cómo funcionan.
[email protected]
368
Si manejas productos inflamables, presta mucha atención y respeta las normas de
seguridad.
Medios de protección contra incendios
El tetraedro del fuego representa a los 4 elementos necesarios para que el fuego pueda
originarse:
· Calor
· Combustible
· Oxígeno
· La Reacción Química entre ellos.
El oxígeno y el combustible se encargan de mantener la combustión, el calor lleva al
combustible a su estado de ignición y la reacción entre los elementos permite que el fuego
se origine.
La privación de cualquiera de estos 4 elementos hará que el fuego no pueda generarse y
en esto se basa el concepto de prevención del fuego.
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La seguridad contra incendios
El concepto moderno de seguridad contra incendios es la práctica que nos permite
evitar las causas de un accidente y, en el caso de que este sucediera, limitar los
efectos del mismo y sus consecuencias.
Tiene tres aspectos principales:
· PREVENCIÓN: neutralizando las causas físicas químicas y las causas humanos
· CONTROL: efectuada sobre un evento existente, limitando las consecuencias de un
accidente.
· EXTINCIÓN: tiene como objeto limitar los efectos de un incendio, reducir sus
dimensiones, violencia de combustión y, en lo posible, extinguirlo.
Prevención
Las causas que provocan un Incendio son múltiples entre ellas podemos mencionar:
Causas físico químicas
Sobrecargas en Instalaciones
Desperfectos en equipos eléctricos
Falta de control en llamas abiertas u otras fuentes de calor
Colocar elementos combustibles cerca de fuentes de calor o llama.
Instalaciones eléctricas precarias e irregulares.
Causas Humanas
Fumar en lugares no autorizados
Arrojar fósforos o colillas encendidas desaprensivamente
Falta de orden y limpieza
Control
El personal deberá tener presente la ubicación de los extintores más cercanos a su lugar
de trabajo y conocer las rutas de escape para proceder a una evacuación ordenada y
segura. Es importante la capacitación del personal en cómo actuar ante un incendio
utilizando los equipos disponibles y la participación en los simulacros de evacuación y las
pruebas de alarmas para el reconocimiento sonoro de las mismas.
Extinción
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Agente extintor es todo aquello que apaga, sofoca, enfría, o inhibe la combustión,
contrarrestando uno o más de los cuatros elementos que integran la reacción en cadena
(el tetraedro del fuego)
Clase de Extintores
Su denominación se debe al agente extintor y si son portátiles o fijos. Pueden ser a base
de agua, espuma, polvos químicos, arena, etc.
Extintores Portátiles:
Cuentan con la característica de ser transportables por una persona. Se tiene como
ejemplo: un balde de arena o matafuegos (utilizados por excelencia en todos los ámbitos
industriales, comerciales, familiares, etc.).
Extintores Fijos:
· Hidrantes: Es un dispositivo instalado en la red de distribución exclusivo para agua
de incendio ya sean en redes públicas o privadas.
· Bocas de incendio: son casetas fijadas a los muros que constan de una manguera
y una lanza, alimentadas por una red de incendio o una cisterna.
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Sistema de rociadores: sistema alimentado por agua, que en la mayoría de los casos es
automático y alimentado por la red principal de incendio.
Agente extintor
Agua: el principio de extinción es enfriar y sofocar el fuego. Sirve para extinguir fuegos A
o sea de elementos sólidos como papel, madera, etc. No usarlos en fuegos de
instalaciones eléctricas.
Espuma: la mezcla de espumigeno con agua forma el espumante, al dosificarle aire se
forma la espuma. Esta cubre la superficie de líquidos combustibles o superficies,
refrigerándolos y aislándolos del oxígeno.
Anhídrido Carbónico: la principal función es extinguir el oxigeno o sea que actúa por
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sofocación. Sirve para fuegos eléctricos (C) y para fuegos de líquidos combustibles como
solventes o pinturas y gases combustibles (B)
Polvo Químico Triclase: ejerce el poder de extinción por enfriamiento y supresión de la
reacción química. Son adecuados para los fuegos A, B y C. Pero ejerce un efecto
corrosivo en los materiales.
Haloclean e Inergen: En el Haloclean los compuestos halogenados han sido
reemplazados por otras sustancias que no dañan el ambiente. El Inergen esta compuesto
por 42% de Nitrógeno, 50% de Argón y 8 % de Anhídrido Carbónico. Ambos son
utilizados en los centros de cómputos, servers, gabinetes de computación y eléctricos.
Extintores a base de Acetato de Potasio: Estos extintores contienen una solución a
base de acetato de potasio, para ser utilizados en la extinción de fuegos de aceites
vegetales no saturados para los que se requiere un agente extintor que produzca un
agente refrigerante y que reaccione con el aceite produciendo un efecto de saponificación
que sella la superficie aislándola del oxigeno. La fina nube vaporizada previene que el
aceite salpique, atacando solamente la superficie del fuego. Los extintores a base de
acetato de potasio para fuegos de clase K fueron creados para extinguir fuegos de aceites
vegetales en freidoras de cocinas comerciales.
Extintores más convenientes según la clase de fuego
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Uso del extintor de fuego
Teniendo en cuenta el tipo de fuego que va a combatir, tome uno de los extintores que
están a su alcance. Quite el precinto de material plástico que retiene la traba de la
palanca de accionamiento y retírela girándola sobre sí misma y tirando hacia afuera.
Desenganche con una mano (1) la manguera de goma que se encuentra lateral al extintor,
estírela, ubíquese a una distancia aproximada de 3 metros de la base del fuego,
manteniendo el extinguidor en posición vertical dirija la boquilla hacia dicha base, con la
otra mano (2) presione la palanca y desplácela en forma horizontal y alternativamente.
A partir de ese instante deberá tener en cuenta que, accionando el extintor en forma
continua, se descargará en aproximadamente 50 segundos.
Al accionar el extintor, nunca se ubique frente al viento. Combata el fuego con la salida de
escape a su espalda.
Es conveniente atacar el foco de incendio con dos o tres matafuegos a la vez para poder
lograr una acción más eficiente e impedir la reignición. Nunca se debe dar por extinguido
un fuego y perder el control sobre el mismo ya que se puede reiniciar, si todavía hay
combustible, aire y calor en el lugar.
Emergencias
Preocúpate por conocer el plan de emergencia. Conoce las instrucciones de la escuela al
respecto. Sigue las instrucciones que se te indiquen y, en particular, de quien tenga la
responsabilidad en esos momentos.
No corras ni empujes a los demás; si estás en un lugar cerrado busca la salida más
cercana sin atropellamientos. Usa las salidas de emergencia, nunca los ascensores o
montacargas.
Presta atención a la señalización. Te ayudará a localizar las salidas de emergencia.
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Tu ayuda es inestimable para todos. Colabora.
La serenidad y la calma son imprescindibles en casos en emergencia.
Accidentes
Mantén la calma pero actúa con rapidez. Tu tranquilidad dará confianza al lesionado y a
los demás.
Piensa antes de actuar. Asegúrate de que no hay más peligros.
Asegúrate de quien necesita más tu ayuda y atiende al herido o heridos con cuidado y
precaución.
No hagas más de lo indispensable; recuerda que tu misión no es reemplazar al profesor y
mucho menos al médico.
No des jamás de beber a una persona sin conocimiento; puedes ahogarla con el líquido.
Avisa inmediatamente por los medios que puedas al profesor o a cualquier personal que
pueda comunicarse con el médico o servicios de socorro.
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Ejemplo de
Situaciones
Problema
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Ejemplo de Situaciones Problemas Resueltas
“Puente Levadizo”
EEST N° 5 de Lanús “John F Kennedy”
3° Año 3° División
“Sistemas Tecnológicos” (2011)
Alumna/os: Álvarez Micaela; Cáceres Yesica; Joufré Laura; Abadia Maximiliano; Cáceres
Federico; Gómez Ezequiel; Mendieta Diego.
Profesor a cargo: Néstor Horacio Castiñeira
Situación Problema
“El tránsito de cada día”
El acceso a capital federal desde la zona sur del conurbano bonaerense cada vez resulta
más difícil debido a la cantidad de vehículos que se aglomeran en dichos accesos. Esto
genera demoras, malestar y en muchos casos accidentes de tránsito.
Sabemos que la tecnología es una actividad social que brinda respuestas a las
demandas de la sociedad. Ustedes como futuros técnicos deberán armar equipos
de trabajo, investigar y proponer una solución a esta problemática con los saberes
que poseen desarrollando un producto tecnológico.
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Solución:
Los alumnos después de debatir, sobre las posibles soluciones a esta problemática
decidieron hacer un Puente Levadizo de estructura reticular, el cual sugieren ubicar
entre el Puente de la Noria y el Puente Alsina con la finalidad de descomprimir el
transito de los accesos anteriormente mencionados.
Momentos:
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Más información sobre este proyecto:
http://www.tecnologia-tecnica.com.ar/index_archivos/Page20520.htm
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=_MLB4Op0WhI
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“Ascensor”
EEST N° 5 de Lanús “John F Kennedy”
3° Año 3° División
“Sistemas Tecnológicos” (2011)
Alumna/os: Agustín Benítez: Axel Berrio; Sebastián Gonzales; Agustín Inverso; Matías
López; Facundo Medina.
Profesor a cargo: Néstor Horacio Castiñeira
Situación Problema:
“Igualdad de Oportunidades”
La mayoría de las escuelas argentinas no están preparadas para recibir a miles de chicos
y chicas con capacidades motrices diferentes. Esta situación aumenta la segregación que
sufren habitualmente además de tener que soportar las frustraciones de sentirse distintos
en una sociedad poco inclusiva, teniendo menos posibilidades de educarse.
Sabemos que la tecnología es una actividad social que brinda respuestas a las
demandas de la sociedad. Ustedes como futuros técnicos deberán armar equipos
de trabajo, investigar y proponer una solución a esta problemática con los saberes
que poseen desarrollando un producto tecnológico.
Solución:
Los alumnos después haber investigado y debatir, sobre las posibles soluciones a
esta problemática decidieron hacer un Ascensor como solución a esta
problemática, ya que creen que es necesario en su escuela y en otras escuelas de
la zona.
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Más información sobre este proyecto:
http://www.tecnologia-tecnica.com.ar/index_archivos/Page20405.htm
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=3TFMqNT4G1Y
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Ejemplo de Situación Problema I
Alarma para olvidadizos
Un productor guarda bolsas con granos en un depósito que tiene ventanas que
frecuentemente olvida cerrar. Si esto ocurre un día de lluvia podría dañarle el producto de
su trabajo. Diseñar y construir un sistema que avise si alguna ventana queda abierta.
Esquema del montaje
Cuestiones
A) Diseñar y construir una maqueta o dispositivo aplicando (técnicas operativas,
enfoques sistémicos, y lenguajes tecnológicos) que avise si alguna ventana queda
abierta.
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Ejemplo de Situación problema II
La casa del árbol
Un alumno de la escuela, quiere construir una casa del árbol en el fondo de su vivienda.
Sus padres le dieron autorización y le ayudaron a obtener los materiales. Diseñar y
construir una maqueta o dispositivo que pueda ayudar a nuestro compañero, a elevar los
materiales para la construcción de su proyecto, desde el suelo hasta la copa del árbol.
Esquema del montaje
Cuestiones
abierta.
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Ejemplo de Situación problema III
El agujero
Un alumno, perdió un objeto que le es valioso, en el agujero del caño donde estaba
ubicado el mástil viejo de la escuela. Este caño tiene una profundidad de un metro.
Diseñar y construir un sistema mecánico para la extracción del objeto.
Esquema del montaje
Cuestiones
abierta.
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Ejemplo de Situación problema IV
El levantador de lápices
A un alumno de una escuela de la zona, se le caen las cosas, no puede levantarlas solo,
porque está en una silla de ruedas y siempre tiene que pedir ayuda. Todos lo ayudan de
buena gana, pero a sus amigos se les ocurrió hacerle un regalo: un levantador de lápices.
De este modo que, cuando este solo podrá levantar sus lápices con esta herramienta.
Diseñar y construir un sistema para la extracción del objeto.
Esquema del montaje
Cuestiones
abierta.
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Fuentes de información
Bibliografía
Temas para la Educación Tecnológica. Autor: Aquiles Gay.
Manual Santillana Tecnología.
Manual CODECO
Sistemas y su control-Aplicación de los procedimientos de la Tecnología en el tercer ciclo de la
EGB-serie/desarrollo de contenidos colección/electricidad, electrónica y sistemas de control- INET
Apuntes de tecnología del control-Ing. Jorge María BUCCELLA
Universidad Nacional de Cuyo
Escuela de Comercio "Martín Zapata" 2º año del Polimodal Orientación: Producción
Manual Logo Siemens
Páginas Web
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/index.htm
http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1166
http://es.scribd.com/doc/81039772/48285744-Domotica-Con-LOGO-Siemens
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Material de apoyo Sistemas Tecnológicos - Tecnologia

Transcripción

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